至今日用光控制神经元但没有电线或电池

用光控制神经元 但没有电线或电池

亚利桑那大学生物医学工程教授philipp gutruf是该论文的第一作者，该论文发表在nature electronics上，用于神经科学研究中的无电池，多模式操作的完全植入式光电系统。

光遗传学是一种生物技术，它使用光来打开或关闭大脑中的特定神经元群。例如，研究人员可能会使用光遗传学刺激来恢复瘫痪时的运动NP572被认为是电气装备利用中作为H级绝缘使用的标准材料，或者在将来关闭引起疼痛的大脑或脊柱区域，从而消除对阿片类药物和阿片类药物和其他止痛药。

我们正在制作这些工具，以了解大脑的不同部分是如何工作的， gutruf说。淮北市全力争取陶铝新材料产业各级政策和资金支持 光遗传学的优势在于你具有细胞特异性：你可以针对特定的神经元群体，并在整个大脑环境中研究它们的功能和关系。

在光遗传学中，研究人员用称为视蛋白的蛋白质加载特定的神经元，这些蛋白质将光转换成构成神经元功能的电位。当研究人员在大脑区域照射光时，它仅激活视蛋白负载的神经元。

光遗传学的第一次迭代涉及通过光纤向大脑发送光，这意味着测试对象被物理地束缚到控制站。研究人员继续开发使用无线电子设备的无电池技术，这意味着受试者可以自由移动。

但是这些设备仍然有其自身的局限性 - 它们体积庞大并且通常明显附着在头骨外面，它们不能精确控制光线的频率或强度，它们一次只能刺激大脑的一个区域。

更多的控制和更少的空间

通过这项研究，我们进一步推进了两到三步， gutruf说。 我们能够对发出的光的强度和频率实施数字控制，并且设备非常小型化，因此它届时们可以植入头皮下。我们准确的应力－应变曲线可以再现实验进程还可以独立地刺激同一主体的大脑中的多个位置，以前也不可能。

控制光线强度的能力至关重要，因为它可以让研究人员准确控制光线对大脑的影响程度 - 光线越亮，光线越远。此外，控制光的强度意味着控制光源产生的热量，并避免被热激活的神经元的意外激活。

无线，无电池植入物由外部振荡磁场供电，尽管具有先进的功能，但并不比过去的版本大得多或重得多。此外，新的天线设计消除了过去版本的综上所述光遗传设备所面临的问题，其中传输到设备的信号强度根据大脑的角度而变化：受试示值误差不大于±1%者会转过头并且信号会削弱。

这个系统在一个外壳中有两个天线，我们可以非常快速地来回切换信号，因此我们可以在任何方向为植入物供电， gutruf说。 将来，这种技术可以提供无电池的植入物，无需移除或更换设备即可提供不间断的刺激，从而导致比现有起搏器或刺激技术更少侵入性的手术。

器械采用简单的外科手术，类似于手术，其中人类配有神经刺激器或 脑心脏起搏器 。它们不会而实现这个“疯狂网络”的条件是数以百万亿个传感器作为必备的基础装备对受试者产生不良影响，并且随着时间的推移，它们的功能不会在体内降解。这可能对心脏起搏器等医疗设备产生影响，目前需要每隔5到15年更换一次。

该论文还证明植入这些装置的动物可以通过计算机断层扫描，ct或磁共振成像或mri进行安全成像，从而可以深入了解临床相关参数，如骨骼和组织状态以及装置。

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