Activación inalámbrica de circuitos cerebrales específicos en menos de un segundo

Investigadores de la Universidad de Rice, la Universidad de Duke, la Universidad de Brown y la Facultad de Medicina de Baylor han desarrollado una tecnología magnética para controlar de forma inalámbrica los circuitos neuronales en las moscas de la fruta. Utilizaron ingeniería genética para expresar canales iónicos sensibles a la temperatura en las neuronas que controlan el comportamiento y nanopartículas de hierro para activar los canales. Cuando los investigadores activaron un campo magnético en el recinto de las moscas, las nanopartículas convirtieron la energía magnética en calor, activando canales y activando neuronas. Una cámara superior tomó imágenes de las moscas durante los experimentos, y el análisis visual mostró moscas con modificaciones genéticas que asumieron una posición de alas extendidas aproximadamente medio segundo después de recibir la señal magnética. Crédito: C. Sebesta y J. Robinson/Universidad Rice

Un equipo de investigación dirigido por neuroingenieros de la Universidad de Rice ha ideado una tecnología inalámbrica para activar de forma remota circuitos cerebrales específicos en moscas de la fruta en menos de un segundo.

En una manifestación publicada en materiales de la naturalezaEn el estudio, investigadores de Rice, Duke University, Brown University y Baylor College of Medicine usaron señales magnéticas para activar neuronas objetivo que controlan la posición del cuerpo para moverse libremente. moscas de la fruta en el bote.

para estudiar cerebro o para tratar trastornos neurológicos Comunidad cientifica buscando herramientas que sean increíblemente precisas, pero también mínimamente invasivas”, dijo el autor del estudio Jacob Robinson, profesor asociado de ingeniería eléctrica y Ingeniería Informática en Rice y miembro de la Iniciativa Rice para la Neuroingeniería. «El control remoto de circuitos neuronales específicos con campos magnéticos es una especie de santo grial de las neurotecnologías. Nuestro trabajo da un paso importante hacia este objetivo porque aumenta la velocidad del control remoto magnético, acercándolo a la velocidad normal del cerebro».

Robinson dijo que la nueva tecnología activa los circuitos neuronales unas 50 veces más rápido que la mejor técnica previamente probada para la estimulación magnética de neuronas determinadas genéticamente.

«Hicimos progresos porque el autor principal, Charles Sebesta, tuvo la idea de usar un nuevo canal de iones que sea sensible a la tasa de cambio de temperatura», dijo Robinson. «Al reunir a expertos en ingeniería genética, nanotecnología y Ingenieria Eléctrica Pudimos juntar todas las piezas y probar que esta idea funcionó. Este ha sido realmente un esfuerzo de equipo de científicos de clase mundial con los que hemos tenido la suerte de trabajar”.

Los investigadores utilizaron Ingeniería genética Expresar un canal iónico especial sensible al calor en las neuronas que hace que las moscas extiendan parcialmente sus alas, un gesto de apareamiento común. Luego, los investigadores inyectaron nanopartículas magnéticas que podrían calentarse usando un campo magnético aplicado. La cámara superior observó a las moscas deambulando libremente alrededor de un contenedor sobre un electroimán. Cambiando el campo del imán de una manera específica, los investigadores pueden calentar las nanopartículas y activar las neuronas. El análisis de video de los experimentos mostró que las moscas con las modificaciones genéticas asumen el modo de alas extendidas dentro de aproximadamente medio segundo de campo magnético Ellos cambian.

Robinson dijo que la capacidad de activar células genéticamente seleccionadas en momentos específicos podría ser una herramienta poderosa para estudiar el cerebro, tratar enfermedades y desarrollar tecnología de comunicación directa entre el cerebro y la máquina.

Activación inalámbrica de circuitos cerebrales específicos en menos de un segundo

Investigadores de la Universidad de Rice, la Universidad de Duke, la Universidad de Brown y la Facultad de Medicina de Baylor diseñaron neuronas genéticamente que controlan la postura de las moscas de la fruta para que reaccionen a las señales del campo magnético. A las moscas se les inyectaron nanopartículas de hierro que convierten las señales magnéticas en calor, activando las neuronas. Una cámara superior filmó cómo se comportan las moscas cuando las neuronas son desactivadas y activadas por un campo magnético en el recipiente. Crédito: C. Sebesta y J. Robinson/Universidad Rice

Robinson es el investigador principal de MOANA, un ambicioso proyecto para desarrollar tecnología de auriculares para la comunicación inalámbrica y no invasiva entre el cerebro y el cerebro. Abreviatura de «Acceso magnético, óptico y acústico neuronal», MOANA busca desarrollar tecnología de auriculares que pueda «leer» o decodificar la actividad neuronal en la corteza visual de una persona y «escribir» o codificar esa actividad en el cerebro de otra persona. La tecnología magnética es un ejemplo de esto último.

El equipo de Robinson está trabajando hacia el objetivo de restaurar parcialmente la vista a los pacientes ciegos. Al estimular las partes del cerebro asociadas con la visión, los investigadores de MOANA esperan dar a los pacientes una sensación de visión incluso si sus ojos ya no funcionan.

«El objetivo a largo plazo de este trabajo es encontrar formas de activar áreas específicas del cerebro en humanos con fines terapéuticos sin necesidad de cirugía», dijo Robinson. «Para llegar a la resolución natural del cerebro, probablemente necesitemos obtener una respuesta de unas pocas centésimas de segundo. Así que todavía hay mucho camino por recorrer».


El proyecto pretende trasladar la percepción visual de los videntes a los ciegos


más información:
Charles Sebesta et al., Control magnético de subsegundos multicanal de circuitos neuronales seleccionados en moscas que se mueven libremente, materiales de la naturaleza (2022). DOI: 10.1038 / s41563-022-01281-7

Introducción de
Universidad de arroz

La frase: Activación inalámbrica de circuitos cerebrales objetivo en menos de 1 segundo (14 de julio de 2022) Recuperado el 14 de julio de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-07-wireless-brain-circuits.html

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