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    科学家可以利用智能手机操控大脑细胞

    科学家可以利用智能手机操控大脑细胞







          2019年8月5日《每日科学》网站报道,华盛顿大学健康科学院/医学院一个科学家团队已经发明了一种装置,利用智能电话操控的微型大脑置入物进而控制神经电路。该装置可以加速揭示脑疾病的努力,包括帕金森病、阿尔茨海默氏病、药物成瘾、抑郁和疼痛。




          韩国和美国的一组科学家已经发明了一个装置,通过利用智能手机控制的微小大脑置入物进而控制神经电路。该研究结果发表在《自然》杂志子刊《生物医学工程(Nature Biomedical Engineering)》。研究人员认为,该装置可以加速揭示包括帕金森、阿尔茨海默氏病、药物成瘾、抑郁和疼痛在内的脑疾病的努力。


          该装置利用乐高玩具样可置换的药盒和强大的低能量消耗的蓝牙,对感兴趣的特定神经元长时间施加药物和光线作用。



          “这些无线的神经装置发挥前所未有的长期的化学和光学性神经调控作用”,韩国高级科学技术学院(KAIST)和科罗拉多大学博尔德分校研究人员Raza Qazi说。


          Qazi说,这个技术令神经科学家使用的传统的方法相形见绌,后者通常使用僵硬的金属管、光学纤维投送药物和光线。除了因为与体积臃肿的设备的物理连接限制了受试对象的 同时,它们相对僵硬的结构随着时间推移引起大脑软组织的病变,因此使它们不适合长期植入。尽管一些改进比如采用把软的探头与无线平台整合一起技术部分地缓解了组织的不良反应,由于它们无法长时间投送药物以及体积臃肿和复杂的控制界面,因此过去的解决办法用途受限。


          为了实现长期无线控制药物投送,科学家们必须解决药物挥发和耗竭的关键性挑战。


          来自韩国科学技术学院和华盛顿大学西雅图分校的研究人员合作发明一个有可拆卸药盒的神经装置,这让神经科学家们可以连续数月对同一大脑电路进行研究,而无需担心药物耗竭的问题。


          这种“即插即用”的药盒被组装到小鼠的大脑植入物内,带有软性和超细的探头(人类头发的宽度),由微流控管道和微小LED(比一粒盐还小)组成,用于无限制的承载药物和光线发送。


          用智能手机上十分美观简易的使用界面,神经科学家们可以在任何植入的动物模型上无需在真实的实验室内就可以按照任何特定光与药物组或两者前后精确的顺序进行投送。利用这些无线遥控的神经装置,研究人员还可以轻而易举地建立全自动化的动物研究模型,通过条件性地触发光合/或药物的投送实现一种动物的行为正性或负性地影响其它动物的行为。


          “这种革命性的装置是先进的电子设计和强大的微型和纳米尺度工程的硕果”,KAIST电子工程学教授Jae-Woong Jeong说。“我们热衷于进一步研发这个技术,制造适合临床应用的大脑植入物。”



          华盛顿大学医学院麻醉学、疼痛医学和药理学教授Michael Bruchas说,这种技术可以在许多方面帮助研究人员。


          “这让我们可以对行为的神经电路基础进行更好的解剖,揭示大脑内特定的神经调控因子是如何在多个方面对行为进行微调的”,他说。“我们想利用该装置进行复制的药理学研究,这将有助于我们研发新的治疗疼痛、药物成瘾和情感障碍的方法。”



          KAIST Jeong课题组研发软性的可穿戴的植入式的电子装置,同时华盛顿大学Bruchas实验室的神经科学家们研究了人控制压力、抑郁、成瘾以及其它神经精神疾病的大脑电路。这种工程师和神经科学家们连续三年长时间的全球性合作和设计迭代,成功地证实了这个强大的脑植入物在自由活动的鼠模型中的优势,因此研究人员这可真正地加速对脑及其疾病的揭示。


          该研究得到了韩国国家研究基金、美国国立健康研究院、国立药物滥用研究所和Mallinckrodt教授会的支助。



    参考文献:

    Raza Qazi, Adrian M. Gomez, Daniel C. Castro, Zhanan Zou, Joo Yong Sim, Yanyu Xiong, Jonas Abdo, Choong Yeon Kim, Avery Anderson, Frederik Lohner, Sang-Hyuk Byun, Byung Chul Lee, Kyung-In Jang, Jianliang Xiao, Michael R. Bruchas, Jae-Woong Jeong. Wireless optofluidic brain probes for chronic neuropharmacology and photostimulation.Nature Biomedical Engineering, 2019; DOI: 10.1038/s41551-019-0432-1




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