微型无线注射导致设备照射小鼠大脑,产生回报

使用一个微型电子设备植入大脑,科学家们利用了老鼠的内部奖励制度,促进神经元释放多巴胺,多巴胺是一种化学与快乐联系在一起。

研究人员在圣路易斯华盛顿大学医学院和伊利诺伊大学香槟分校的微型设备开发,包含发光二极管(发光二极管)单个神经元的大小。设备激活大脑细胞与光。科学家们报告他们的研究结果在《华尔街日报》4月12日科学。

“这种策略应该允许我们识别和地图大脑回路参与复杂的行为与睡眠、抑郁、成瘾和焦虑,”首席研究员Michael r . Bruchas博士说,华盛顿大学麻醉学副教授。“理解种群的神经元参与这些复杂的行为可能让我们目标具体大脑细胞故障在抑郁、痛苦,成瘾和其他疾病。”

在这项研究中,华盛顿大学神经系统科学家与工程师合作伊利诺伊大学设计微尺度(LED)设备比一个薄人的头发。这是第一个应用程序的设备在光遗传学,神经科学,使用的光刺激大脑中有针对性的途径。科学家们将它们植入转基因老鼠的大脑,这样他们的一些大脑细胞可以激活和控制。

虽然大脑中一些重要的途径可以通过光遗传学研究,许多神经科学家在交付的工程挑战光精确位置在大脑深处。大多数方法都拴在激光的动物光纤电缆,限制他们的移动和改变自然的行为。

但随着新设备,小鼠自由移动,能够探索迷宫或奔跑轮。电子led被安置在一个微小的纤维植入在大脑深处。重要的神经元激活适当的设备的能力,根据约翰·a·罗杰斯教授博士伊利诺伊大学材料科学与工程。

“你希望能够将光分解成大脑的深度,”罗杰斯说。“我们认为我们已经提出一些强大的策略涉及ultra-miniaturized设备可以实现光信号的深入大脑和其他器官的未来。”

使用从细胞层面led光刺激在大脑中产生多巴胺的细胞,研究人员教老鼠戳他们的鼻子在迷宫通过一个特定的洞。每次鼠标将鼻子戳洞,这将触发系统无线激活发光二极管在植入设备,然后会发光,导致神经元释放多巴胺,多巴胺是一种化学与大脑的自然奖励系统。

“我们使用LED设备激活网络影响脑细胞的事情在生活中你会发现奖励,如性或巧克力,“co-first作者乔丹·g·考尔说,神经科学研究生在华盛顿大学的生物学和生物医学科学分工。“当大脑释放多巴胺细胞被激活,老鼠很快学会了戳鼻子穿过洞即使他们没有收到任何食物作为奖励。他们还开发了一个偏爱洞附近的区域有关,他们倾向于呆在迷宫的一部分。”

研究人员认为导致植入体可能有用的其他类型的神经科学研究或甚至可能适用于不同的器官。相关设备已经被用于刺激周围神经疼痛管理。其他设备使用发光二极管的多种颜色可以激活和控制几个神经回路。除了小led,设备也携带微型传感器检测温度和大脑内的电活动。

Bruchas和他的同事已经开始其他老鼠的研究,使用LED设备操作参与社会行为的神经回路。这可以帮助科学家更好地了解大脑中发生了什么在抑郁和焦虑等疾病。

“我们相信这些设备将使我们能够研究复杂压力和社会互动行为,“Bruchas解释道。“这项技术让我们能够映射神经回路对压力和痛苦更有效。”

无线,microLED植入设备代表Bruchas和罗杰斯的共同努力。去年,随着Robert w . Gereau IV,博士,麻醉学教授,他们被授予美国国立卫生研究所主任变革性研究项目奖来开发和利用小说进行研究设备发展,光遗传学,包括激活或抑制脑细胞。