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Neuron重磅技术:一种可实时绘制大脑神经环路的新方法

发布时间:2021-10-11 人气:

本文摘要:Roukes教授的恒久目的是推广集成神经光子学这一先进仪器从而实现多机构互助使其使用这种新技术来开创高级神经科学研究。他说以往这类神经技术的生长主要依靠的是单一实验室或研究人员所主导的研究。

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Roukes教授的恒久目的是推广集成神经光子学这一先进仪器从而实现多机构互助使其使用这种新技术来开创高级神经科学研究。他说以往这类神经技术的生长主要依靠的是单一实验室或研究人员所主导的研究。

10月14日揭晓在《Neuron》杂志上的一篇题为Integrated Neurophotonics: Toward Dense Volumetric Interrogation of Brain Circuit Activity—at Depth and in Real Time的文章讨论了这种新方法作者认为这种新方法的潜力远远大于现在的任何方法。

这种被称为 “集成神经光子学”(Integrated Neurophotonics)的新技术使用可植入大脑内部任何深度的微小的光学微芯片阵列同时与荧光分子以及 光遗传学联合划分对神经元举行光学监测且控制其运动。这些光学微芯片阵列能够发射出微尺度的光束来刺激周围的转基因神经元同时记载这些细胞的运动从而展现它们的功效。

论文的主要研究者、来自加州理工学院物理学、应用物理学以及生物工程系的Michael Roukes教授表现 虽然这项事情现在只在动物模型中得以实现但有朝一日它可能有助于展现人类大脑深处的神经回路。

“许多基础设施[正如我们所使用的方法]已经存在了十年或更长时间”他说道“可是不久之前人们只是没有远见、意愿和可用的资金来将它们整合在一起从而实现这些神经科学新工具的强大功效。”

在深度举行麋集记载--这是关键”Roukes说道“我们无法在短时间内记载大脑的所有运动。可是我们能否关注其特定脑区内的一些重要盘算结构?这就是我们的念头。

为了更好地相识大脑神经科学家必须能够很是详细地绘制出卖力处置惩罚感受信息或形成新影象等任务的神经回路。来自加州理工学院的一个研究团队提出了一种新方法他们认为该方法可能允许实时视察特定大脑回路内数千到数百万个神经元的所有运动。

可是现在关于大脑的光遗传学研究受到了一个重要的物理限制加州理工学院高级研究科学家、论文的主要作者Laurent Moreaux说道。脑组织会散射光这意味着从大脑外部照射进来的光只能在大脑内短距离流传。

正因为如此只有距离大脑外貌不到两毫米的区域才气举行光学检查。这也是为什么研究得最好的大脑回路通常都是通报感受信息的简朴回路好比小鼠的感受皮层--它们位于外貌四周。简而言之现在光遗传学方法还不能轻易地深入相识位于大脑深处的回路包罗那些涉及高级认知或学习历程的回路。

Roukes教授与其同事认为集成神经光子学能够制止这一问题。

在该技术中一个完整成像系统的微尺度元件被植入大脑深处庞大的神经回路四周好比海马体 (到场影象形成)、纹状体 (控制认)以及其他基本结构且其分辨率前所未有。参考功效磁共振成像 (fMRI)这一类似技术它是现在用于对整个大脑举行成像的扫描技术。fMRI扫描中的每个体素或三维像素通常体积约为一立方毫米约莫包罗10万个神经元。

因此每个体素代表了这10万个细胞所有的平均运动。

集成神经光子学的首要目的是记载属于那10万个神经元荟萃中的每个神经元实时在做什么”Roukes教授说道。

现在的光学技术只能对大脑外貌四周的神经元运动举行成像但集成神经光子学可以展现隐藏在大脑深处的。


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