Optiske prober overvinder lysspredning i billedbehandling med dyb hjerne

Evnen til at stimulere neurale kredsløb med meget høj præcisionslys til at kontrollere celler - optogenetik - er nøglen til spændende fremskridt inden for undersøgelse og kortlægning af den levende hjerne. I den nuværende topmoderne teknik, rumligt mønstret lys projiceret via ledig optik stimulerer små, transparente organismer og ophidser neuroner inden for overfladiske lag af cortex.

Imidlertid, lysspredning og absorption i neuralt væv får lysindtrængning til at være ekstremt kort, hvilket gør det umuligt at anvende ledige optiske metoder til at undersøge hjerneområder dybere end ca. 2 mm.

I "Mønstret fotostimulering via fotoniske prober med synlig bølgelængde til optogenetik i dyb hjerne, "udgivet i dag af SPIE, det internationale samfund for optik og fotonik, i journalen Neurofotonik , hovedforfatter Eran Segev fra professor Michael Roukes 'gruppe på Caltech, sammen med medforfattere fra Caltech, Baylor College of Medicine, og Stanford University, beskrive en løsning. Artiklen er tilgængelig via open access.

Deres tilgang kombinerer nanofotonik og mikroelektromekaniske systemer (MEMS) i en implanterbar, ultra-smal, siliciumbaseret fotonisk sonde til at levere lys dybt inde i hjernevæv. Denne minimalt invasive teknik undgår større vævsforskydning under implantation.

Ved hjælp af optogenetiske teknikker, et protein i hjernen fungerer som en sensorisk fotoreceptor og kan styres af specifikke lysbølgelængder. Disse kombinerede teknikker giver en ny tilgang til stimulering af hjernekredsløb med bemærkelsesværdig opløsning, muliggør observation og kontrol af individuelle neuroner.

Disse gennembrud præsenterer udbredte og lovende anvendelser til neurovidenskab og neuromedicinske forskningsmiljøer. Fra karakterisering af specifikke neurons rolle og identifikation af neurale kredsløb, der er ansvarlige for adfærd, til at muliggøre nye metoder til operant konditionering gennem belønningsinducerede kredsløbsaktiveringer, optogenetik er blevet en ny vej for neurovidenskabsfolk, der søger fremskridt inden for forskningskapacitet.

Artiklen vises i et særligt afsnit i Neurofotonik , Hjernekortlægning og terapi, med Shouleh Nikzad, Jet Propulsion Laboratory, Caltech, fungerer som senior gæstredaktør. Den særlige afdeling er en del af et SPIE -partnerskab med Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), tjener som en tværfaglig tilgang til brug af avanceret teknologi til at løse neurologiske lidelser og sygdomme og forstå neurovidenskab. Indsatsen blev indledt under Nikzads periode som SBMT -præsident i 2015.