Комбинированные датчики прольют свет на работу мозга

С помощью светодиодов, размер которых сопоставим с размером нейронов, исследователи университета Мичигана открывают секреты нервных сигнальных путей головного мозга.

Ученые разработали и протестировали на мышах нейронные зонды, позволяющие вводить в ткань головного мозга наиболее миниатюрные из существующих на сегодняшний день имплантируемые светодиоды. Эти новые зонды позволяют регулировать и регистрировать активность множества отдельных нейронов, а также оценивать, каким образом изменения активности одного нейрона могут влиять на окружающие его клетки. Авторы считают, что эксперименты, проведенные с использованием таких зондов, могут привести к прорыву в понимании и лечении неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.

Работу головного мозга человека обеспечивает нейронная сеть, состоящая примерно из 100 миллиардов нервных клеток, и изучение механизмов, обеспечивающих слаженное совместное функционирование этих клеток является исключительно важной задачей для специалистов в данной области.

В головном мозге генетически модифицированных грызунов активность нейронов можно запускать и блокировать с помощью световых волн. Обычно применяющие эту оптогенетическую методику нейробиологи освещают интересующий их регион мозга с помощью имплантируемых оптических волокон и регистрируют вызываемую реакцию с помощью микроэлектродов, введенных независимо от световодов. Это позволяет определять, какие регионы головного мозга ответственны за те или иные поведенческие реакции. Однако описанный подход не дает информации о взаимодействии нейронов между собой.

С этой задачей помогут справиться зонды нового образца. Каждый зонд шириной 0,1 мм содержит 12 светодиодов и 32 электрода. Размер миниатюрных светодиодов сопоставим с размером тела нейрона, что позволяет им запускать или блокировать активность отдельных клеток. Одновременно с этим микроэлектроды регистрируют уровень электрической активности на уровне индивидуальных клеток, что позволяет оценивать влияние изменения поведения одного нейрона на окружающую его нейронную сеть головного мозга.

В экспериментах на мышах исследователи использовали новые зонды для изучения механизмов прохождения сигналов в головном мозге животных, а именно в гиппокампе – регионе мозга, ответственном за кратко- и долгосрочную память.

Ставшие доказательством концепции результаты эксперимента показали, что поверхностные и глубокие нейроны гиппокампа при стимуляции генерируют мозговые волны различных типов. Роль этих волн в формировании воспоминаний будет изучена в дальнейших экспериментах.

Статья Fan Wu et al. Monolithically Integrated μLEDs on Silicon Neural Probes for High-Resolution Optogenetic Studies in Behaving Animals опубликована в журнале Neuron.

Евгения Рябцева

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам  University of Michigan – Mapping the brain: Probes with tiny LEDs shed light on neural pathways.