LED-enhed kan øge hukommelsesbevarelsen blandt astronauter

Hanli Liu, en professor i bioteknik ved University of Texas i Arlington, arbejder på at forbedre hukommelse og kognitiv funktion hos astronauter under rummissioner ved at rette lys mod deres hjerner.

Liu er co-primær efterforsker på en $800, 000 NASA-bevilling med Jacek Dmochowski, assisterende professor i bioingeniør ved City University of New York, som vil levere en lysbaseret teknologi til at øge den energi, der er tilgængelig for hjerneceller, og forbedre astronautens ydeevne. UTAs andel i bevillingen er $321, 608 i to år.

Liu forsker i, hvordan man bruger lasere til at levere nær-infrarødt lys til den menneskelige hjerne for at opdage traumatiske hjerneskader og symptomer på posttraumatisk stresslidelse. Hendes seneste arbejde er blevet udvidet til at undersøge det neurofysiologiske princip om ikke-invasiv levering af nær-infrarødt laserlys for at forbedre menneskelig kognition. Denne forskning har ført til en forståelse af, hvordan lys kan stimulere mitokondrier, som er kraftcentrene i celler, til at skabe mere ilt i hjernen for at øge cerebralt stofskifte og mindske hukommelsestab.

Med den nye bevilling Liu vil undersøge, om lysdioder, eller LED, kan erstatte lasere som leveringsmetode for nær-infrarødt lys. Specifikt, hun vil finde det bølgelængdeområde og varighed, der er nødvendigt for at producere de ønskede effekter.

Generelt, lasere er tunge og omfangsrige og ville tage for meget plads i de trange rum på et rumfartøj eller rumstation. LED'er er lettere og mindre og kunne fastgøres til en pandebøjle eller lignende enhed nemmere at opbevare. Også, lys leveret af LED er sikrere for menneskelige øjne end lys fra lasere.

LED-lys i det røde og nær-infrarøde område er allerede i udbredt brug til at lindre smerter og behandle acne, selvom få forskere nøje har undersøgt dets gennemførlighed og begrænsning for at booste og stimulere hjernemetabolisme.

"Forskere har beviser for, at hukommelsen kan forbedres lige efter at have skinnet lys på specifikke områder af den menneskelige hjerne i otte til 10 minutter, " sagde Liu. "Vi forsøger at demonstrere, at hvis vi kan øge strømstyrken i LED'er inden for sikre niveauer, vi kan få LED-lys til at nå cortex, ligesom en laser, men sikrere, mindre, nemmere og mere bærbar at bruge."

Lius forskning er et eksempel på sundhed og den menneskelige tilstand og datadrevet opdagelse, to temaer i UTAs strategiske plan 2020:Bold Solutions | Global indflydelse, sagde Michael Cho, formand for Bioingeniørafdelingen.

"Præset på arbejdspladsen er svært at håndtere på Jorden, men tilføjelse af stressfaktorer i et miljø som f.eks. rummet kan have negative effekter og indvirkninger på ydeevne og hukommelse, " sagde Cho. "Dr. Lius forskning har gjort vigtige fremskridt på dette område, og hvis hun har succes, hendes arbejde med denne nye bevilling kan være en afgørende komponent i langvarig rumudforskning."

Lius seneste teknologibaserede forskning og udvikling er relateret til ikke-invasive transkranielle infrarøde hjernestimuleringer, eller TIBS, I 2016 hun ledede et hold, der offentliggjorde banebrydende forskning i Nature's Scientific Reports, der forklarede det underliggende princip for TIBS, efterfulgt af endnu en artikel med stor gennemslagskraft i Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. Denne publikation har givet den første demonstration af, at TIBS markant kan forbedre metabolisk aktivitet, blodgennemstrømning og blodiltning i den menneskelige hjerne.

Hun gik også sammen med Alexa Smith-Osborne, en pensioneret UTA-lektor i socialt arbejde, og brugte funktionel nær-infrarød spektroskopi til at kortlægge hjerneaktivitetsresponser under kognitiv opgaveudførelse relateret til cifferindlæring og genforsøg med hukommelse. Denne optiske kortlægningsmetode tillader neurale videnskabsmænd og/eller klinikere at "se", hvor hukommelsen svigter i hjernen blandt studerendes veteraner med posttraumatisk stresslidelse.