在神经刺激Implant-free光遗传学减少脑损伤

一种微创optogenetic技术,不需要大脑植入成功操纵在老鼠和猴子的神经元的活动,研究人员报告在《华尔街日报》4月29日神经元。研究者们首先转基因神经元产生一个新开发的,极其光敏蛋白的灵魂。然后他们证明是可能的光照穿过颅骨改变整个老鼠大脑神经反应,并通过一个厚膜叫做硬脑膜到达表面的猕猴大脑区域。

“这个新工具将允许神经科学家运用光遗传学动物实验同时确保正在研究大脑中最小破坏实验,”冯说文章的第二研究作者独到的麻省理工学院(MIT)。“特别是,猴子模型是我们理解的关键高认知功能和功能障碍脑部疾病如精神分裂症和阿尔茨海默病,为开发治疗这些毁灭性的大脑障碍。”

光遗传学方法涉及使用光激活或取消激活神经元转基因生产light-responsive研究一种叫视蛋白的蛋白质。这种方法使得神经科学家研究的因果作用不同类型神经元的各种行为和认知过程。但是一个主要缺点是这种技术通常需要植入的光纤,可导致脑损伤和炎症,增加感染的风险。

“在我们的研究中,很少有研究了以不同的方式发展optogenetic刺激大脑将微创的方法,”麻省理工学院的文章的第二研究作者罗伯特·德西蒙说。“然而,所有这些研究都有各种各样的限制程度的脑区激活。一个主要新奇的研究是第一次演示一个方法来激活任何老鼠大脑区域独立于其位置与光从外面头骨。”

在新的研究中,研究人员使用光敏蛋白质灵魂操纵的神经元活动的外侧hypothalamus-one最深的地区的老鼠的大脑。他们闪亮的光通过光纤定位高于完整的头骨。确认工作的方法,他们还监测神经反应,使用电生理记录大脑区域。

交付的蓝光刺激神经元和摄食行为中断,这是由外侧下丘脑控制的。此外,橙光释放神经元和恢复正常的食品消费。进一步分析证实,这种方法没有引起脑部炎症或损伤。

研究人员在猕猴修改他们的技术,比老鼠更厚的头骨。他们交付光通过光纤放置在dura-a厚膜的致密组织围绕着大脑。这些实验表明,灵魂可以用在猴子改变神经元的反应在大脑皮层(外层的神经组织。根据作者,没有先前的研究已经证明一个optogenetic猕猴等方法和最小的侵袭性。

令人惊讶的是,这项技术能够诱导和破坏当地领域潜在oscillations-rhythmic,同步的电活动神经元。直到现在,已经很难控制振荡研究大脑功能的因果作用。

“这些振荡被认为是非常重要的对于大脑的许多功能,包括内存,注意,睡眠,和决策,”麻省理工学院的迭戈Mendoza-Halliday co-first作者说。“这是令人兴奋的发现,我们的新视蛋白可以作为一个方法来打开或关闭这些脑电波,因为它会让我们更好地学习这些波在多个大脑功能的角色。”

前进,SOUL-based光遗传学打开许多新的研究途径。例如,此方法可以揭示早期大脑发育,尤其容易受到严重的组织损伤引起的长期光纤植入。由于其优越的光敏感性,灵魂可以用来控制神经元反应大规模神经回路参与各种脑功能。此外,灵魂仍然活跃超过30分钟,让科学家研究长期行为的自由移动的动物不受光纤。

为自己的一部分,研究人员将在提高灵敏度的灵魂,因此他们可以操纵神经活动通过大型动物的头骨厚达到更深的大脑区域。除了揭示动物神经和精神疾病的原因,这种方法可能有一天被用于人类治疗这些疾病。

虽然这项技术减少侵袭性和脑损伤光遗传学,它从临床翻译仍有很长一段路。“以前光遗传学可以被认为是一个可行的治疗方案,治疗的潜在风险的患者需要仔细评估,尤其是那些与视蛋白的表达有关,一个外国蛋白质,在大脑中,”冯说。

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