La sonda neuronal mejorada puede plantear preguntas precisas sin perder parte de las respuestas
Crédito: CC0 Public Domain
Una técnica para estudiar circuitos individuales en el cerebro de ratones se ha visto obstaculizada porque la luz necesaria para estimular la actividad neuronal abruma brevemente a los electrodos «escuchar» la respuesta. Ahora, el blindaje mejorado dentro de la sonda neuronal permite capturar esas señales perdidas.
«Considere una conversación, en la que se omiten o distorsionan las primeras y las últimas palabras de una oración. En ese diálogo, no se puede descifrar mucha información de manera confiable. Esta es la misma situación en nuestra investigación», dijo Gyrgy Buzski, profesor Biggs de Neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York y coautor del nuevo artículo que describe los resultados.
«Nuestro diálogo con los circuitos cerebrales comienza con una pregunta en forma de pulso de luz. Si el comienzo y el final del pulso, nuestra ‘pregunta’, producen grandes artefactos, perdemos las respuestas neuronales instantáneas y a menudo muy críticas».
Para abordar este problema, un equipo de ingenieros de la Universidad de Michigan se dispuso a mejorar su sonda neuronal para que pudiera registrar respuestas completas. Esto permite experimentos que antes eran imposibles.
«Como ejemplo, podemos imitar una onda cerebral encendiendo los micro-LED a una frecuencia determinada y ver cómo se comporta el circuito neuronal. También podemos implementar lo que se llama control de circuito cerrado y hace que los LED se enciendan tan pronto como detectamos una determinada señal cerebral», dijo Kanghwan Kim, primer autor del nuevo artículo en Nature Communications y un Ph.D. reciente. Graduado en ingeniería eléctrica e informática de la UM.
Comprender la comunicación entre las células cerebrales es clave para avanzar en nuestra comprensión del cerebro y desarrollar tratamientos para enfermedades neurológicas como la enfermedad de Alzheimer. Uno de los nuevos experimentos que el equipo tiene en mente exploraría la memoria.
«Por ejemplo, podemos hacer que las neuronas en el hipocampo se disparen en un patrón que mejoraría la consolidación de la memoria y ver si la memoria realmente mejora «, dijo Euisik Yoon, autor principal del artículo y profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la UM.
La sonda está diseñada para una técnica llamada optogenética, en la que los ratones han sido modificados genéticamente para que sus las neuronas pueden ser estimuladas con luz. El truco consiste en hacer que los LED sean lo suficientemente pequeños como para que puedan estimular una sola neurona, en lugar de las decenas de ellas estimuladas por pulsos eléctricos convencionales.
El equipo de investigación neuronal de Michigan logró esto hace cinco años con las fuentes de luz más pequeñas conocidas. en sondas implantables. Pero las señales que encienden y apagan el LED abruman brevemente a los electrodos que escuchan la respuesta.
«Es como si hubiera un sonido de gran explosión, como un disparo o una explosión. Es posible que no lo oiga durante un rato». hasta que tus oídos se recuperen», dijo Yoon.
Para abordar este problema, Kim agregó una capa de protección eléctrica al diseño. Pero incluso la luz en sí misma puede plantear un problema, ya que es absorbida por el silicio de la sonda y convertida en ruido eléctrico detectado por los electrodos. Para ello, Kim añadió boro al silicio. Esto aumentó la conductividad del silicio, lo que permitió que el silicio mantuviera el ruido alejado de los electrodos.
«Ahora que se eliminó el artefacto, podemos modular las neuronas en casi cualquier área del cerebro y determinar exactamente dónde en el en el cerebro están ubicadas las neuronas y cómo influyen en las neuronas vecinas», dijo Yoon.
Los investigadores también pueden encender varias fuentes de luz simultáneamente, lo que hace posible estudiar los complejos circuitos neuronales del cerebro a niveles casi celulares. resolución. Los dispositivos se han demostrado con éxito en ratones.
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Mapeo del cerebro: sondas con diminutos LED arrojan luz sobre las vías neurales Más información: Kanghwan Kim et al, Artifact-free and high-temporal-solution in vivo opto- electrofisiología con optoelectrodos microLED, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15769-w Información del diario: Nature Communications
Proporcionado por la Universidad de Michigan Cita: La sonda neuronal mejorada puede plantear preguntas precisas sin perder partes de las respuestas (1 de mayo de 2020) recuperadas el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-neural-probe-pose-precise.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.