Forskere opfinder bittesmå, lysdrevne ledninger til at modulere hjernens elektriske signaler

Den menneskelige hjerne forbliver stort set en sort boks:Hvordan netværket af hurtige elektriske signaler bliver til tanker, bevægelse og sygdom er stadig dårligt forstået. Men det er elektrisk, så det kan hackes – spørgsmålet er at finde en præcis, nem måde at manipulere elektrisk signalering mellem neuroner.

En ny University of Chicago-undersøgelse viser, hvor lille, lysdrevne ledninger kunne fremstilles af silicium for at give disse elektriske signaler. Udgivet 19. februar i Natur nanoteknologi , undersøgelsen tilbyder en ny vej til at kaste lys over - og måske en dag behandle - hjernesygdomme.

Ti år siden, videnskabsverdenen var i live med spekulationer om en nyligt opdaget teknik kaldet optogenetik, som ville manipulere neural aktivitet med lys. Problemet er, at det skal gøres med genetik:at indsætte et gen i en målcelle, som ville få det til at reagere på lys. Andre måder at modulere neuroner på er siden blevet foreslået, men et perfekt alternativ forbliver uhåndgribeligt.

Et hold ledet af Asst. Prof. Bozhi Tian byggede små ledninger, der tidligere var designet til solceller. Disse nanotråde er så små, at hundredvis af dem kan sidde side om side på kanten af ​​et ark papir – og sætte dem på samme skala som de dele af celler, de forsøger at kommunikere med.

Disse nanotråde kombinerer to typer silicium for at skabe en lille elektrisk strøm, når de rammes af lys. Guld, diffunderet ved en speciel proces på overfladen af ​​tråden, fungerer som en katalysator for at fremme elektrokemiske reaktioner.

"Når ledningen er på plads og lyser, spændingsforskellen mellem indersiden og ydersiden af ​​cellen er en smule reduceret. Dette sænker barrieren for, at neuronen kan afgive et elektrisk signal til dets naboceller, " sagde Tian.

Holdet testede tilgangen med rotteneuroner dyrket i et laboratorium, og så, at de faktisk kunne udløse neuroner til at affyre disse elektriske signaler.

"Det fine ved det er, at både guld og silicium er biologisk kompatible materialer, " sagde kandidatstuderende Ramya Parameswaran, den første forfatter på undersøgelsen. "Også, efter de er sprøjtet ind i kroppen, strukturer af denne størrelse ville nedbrydes naturligt inden for et par måneder."

"Det er en grundlæggende, men meget lovende tilgang, " sagde Tian. De planlægger næste gang at teste systemet i dyr, som både kunne hjælpe forskere med at forstå, hvordan disse elektriske signaler virker i hjernen, samt foreslå måder at løse problemer som Parkinsons sygdom eller psykiatriske lidelser på.