科学家们用磁场来远程刺激大脑控制身体动作

科学家们利用磁性来激活大脑中的微小的细胞群,诱导身体动作,包括跑步、旋转和失去控制的extremities-an成就,可能导致学习进步和治疗神经系统疾病。

技术研究人员开发出叫做magneto-thermal刺激。它给神经科学家一个强大的新工具:远程、微创的方式触发活动深处大脑打开和关闭特定的细胞,研究这些变化如何影响生理机能。

“有很多工作现在做地图的控制行为和情绪的神经回路,”首席研究员说Arnd Pralle,博士,布法罗大学的物理学教授艺术和科学学院。“我们思维的计算机是怎样工作的?我们已经开发出的技术可以帮助大大努力。”

理解大脑如何运作原理的不同部分器官相互通信和控制行为是开发治疗疾病的关键,涉及特定组的损伤或故障神经元。创伤性脑损伤、帕金森氏症、肌张力障碍和外围麻痹都属于这一类。

进展报告Pralle的团队也能帮助科学家寻找治疗疾病,如抑郁症和癫痫直接通过脑刺激。

这项研究是在老鼠身上做的,刊登在8月15日eLife一个开源的同行评议期刊。Pralle的团队包括第一作者拉胡尔Munshi乌兰巴托物理学博士生,和Shahnaz卡,博士,乌兰巴托博士后研究人员,以及研究人员从乌兰巴托,菲利普斯在德国马尔堡大学和大学圣地亚哥西班牙。

Magneto-thermal刺激涉及使用磁性纳米颗粒刺激配备热敏神经元离子通道。纳米粒子被加热时的脑细胞火由外部磁场,导致通道开放。

针对高度特定的大脑区域

在老鼠身上,Pralle的团队成功地激活大脑的三个不同的区域诱导特定的运动功能。

刺激细胞运动皮层导致动物来看,刺激细胞在纹状体动物扭转引起的。当科学家们大脑的激活一个更深层次的区域,老鼠被冻结,无法移动自己的四肢。

“使用我们的方法,我们可以目标一小群细胞,面积约100微米宽,这是关于人类头发的宽度,“Pralle说。

magneto-thermal刺激是如何工作的

Magneto-thermal刺激使研究人员能够使用加热、磁性纳米粒子个体神经元激活大脑内部。

这是它是如何工作的:首先,科学家利用基因工程将一种特殊的DNA链引入目标神经元,导致这些细胞产生heat-activated离子通道。然后,研究人员注入精雕细琢磁性纳米颗粒进入大脑的同一区域。这些纳米粒子闩上的表面有针对性的神经元,形成一层薄薄的覆盖的皮肤像洋葱。

当一个交变磁场应用于大脑,它会导致纳米粒子的磁化翻转迅速,产生热量,温暖目标细胞。这迫使热敏离子通道打开,刺激神经元开火。

粒子的研究人员使用的新的eLife研究由钴铁氧体核心锰铁氧体外壳包围。

提前在其他方法,如光遗传学

Pralle一直致力于推进magneto-thermal刺激了十年。他此前证明这项技术的效用在培养皿中激活神经元,然后在控制秀丽隐杆线虫的行为,一个小线虫。

Pralle说magneto-thermal刺激一些好处超过其他深部脑刺激的方法。

最著名的技术之一,光遗传学,使用光而不是磁场和热激活细胞。但光遗传学通常需要植入大脑中的微小的光纤电缆,而magneto-thermal刺激是远程,微创,Pralle说。他补充说,即使在老鼠的大脑刺激几次,有针对性的神经元没有损坏的迹象。

研究的下一步是使用magneto-thermal刺激激活和silence-multiple的大脑区域在同一时间在老鼠身上。Pralle工作在这个项目上与波琳娜Anikeeva麻省理工学院的研究员,博士,哈佛医学院。团队有350万美元资金从美国国立卫生研究院进行持续的研究。