Pole magnetyczne użyte do aktywacji neuronów w rekordowym czasie

Naukowcy wykorzystali pole magnetyczne do zdalnej aktywacji określonych obwodów mózgowych u muszek owocowych w czasie poniżej jednej sekundy.
Muszki owocowe sterowane polem magnetycznym
Muszki owocowe sterowane polem magnetycznym

Muszka owocowa (Drosophila melanogaster) to jeden z najpopularniejszych organizmów modelowych wykorzystywanych w badaniach biologicznych. Teraz naukowcy z Uniwersytetu Rice’a wykorzystali pole magnetyczne do aktywacji neuronów kontrolujących pozycję ciała swobodnie poruszających się muszek owocowych.

Aby zbadać mózg lub leczyć zaburzenia neurologiczne, społeczność naukowa szuka narzędzi, które są zarówno precyzyjne, ale także minimalnie inwazyjne. Zdalna kontrola wybranych obwodów neuronowych za pomocą pól magnetycznych jest Świętym Graalem dla neurotechnologii. Nasza praca robi ważny krok w kierunku tego celu, ponieważ zwiększa prędkość zdalnej kontroli magnetycznej, czyniąc ją bliższą naturalnej prędkości mózgu.prof. Jacob Robinson z Uniwersytetu Rice’a

Muszka zdalnie sterowana

Naukowcy użyli inżynierii genetycznej do aktywacji wrażliwego na ciepło kanału jonowego w neuronach muszek, który sprawia, że owad częściowo rozkłada skrzydła, co jest powszechnie rozumianym gestem godowym. Muszkom wstrzyknięto nanocząstki magnetyczne, które “podgrzewano” przy pomocy zewnętrznego pola magnetycznego. Odpowiednio modyfikując pole magnetyczne, możliwa była aktywacja konkretnych neuronów. Wystarczyło za to ok. 0,5 sekundy! To aż 50 razy szybciej niż najlepsze stosowane do tej pory technologie stymulacji magnetycznej neuronów.

Dokonaliśmy postępu, ponieważ główny autor, Charles Sebesta, wpadł na pomysł wykorzystania nowego kanału jonowego, który był wrażliwy na tempo zmian temperatury. Łącząc ekspertów w dziedzinie inżynierii genetycznej, nanotechnologii i inżynierii elektrycznej byliśmy w stanie połączyć wszystkie elementy i udowodnić, że ten pomysł działa. To był naprawdę wysiłek zespołowy światowej klasy naukowców, z którymi mieliśmy szczęście pracować.prof. Jacob Robinson

Umiejętność aktywacji neuronów w tak krótkim czasie może przydać się nie tylko do badań mózgu, ale także rozwoju interfejsów mózg-komputer.

Długoterminowym celem tej pracy jest stworzenie metod aktywacji określonych regionów mózgu u ludzi w celach terapeutycznych bez konieczności przeprowadzania operacji. Aby dotrzeć do naturalnej precyzji mózgu, prawdopodobnie musimy uzyskać reakcję w dół do kilku setnych sekundy. Tak więc przed nami jeszcze daleka droga.prof. Jacob Robinson

Szczegóły badań opisano w Nature Mechanics.