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双色MicroLED光遗传神经探针可以控制大脑活动


马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员开发了一种开创性的双色光遗传神经探针,能够用不同波长的光激发和抑制大脑活动。新的探测器有望对皮层和大脑深部神经元的电信号进行前所未有的控制。


研究人员开发了一种单片集成双色Microled和微电极阵列的光电神经探针,并展示了其用于皮层特异性双向体内光遗传电生理的能力。这种神经探测技术可能会增加对大脑回路的高分辨率调查,并阐明神经系统疾病模型。(来源:细胞报告物理科学)


与以前的单色探针局限于激发或抑制不同,双色设计允许增强或沉默相同的神经元,以帮助研究神经微电路。据首席研究员Guangyu Xu介绍,这种双向光遗传能力将为癫痫和帕金森病等疾病提供新的见解。


这种微型探针集成了紧密排列的发光不同颜色的MicroLED以及用于记录大脑活动的微电极。在小鼠身上进行的初步试验成功地证明了对躯体感觉皮层中不同皮质层的兴奋和抑制。



(A)封装探头,带有蓝色和红色发光二极管,与参考电极(REF)和接地电极(GND)焊接。比例尺,5mm。(B)探头尖端的放大视图及其详细尺寸。比例尺,100毫米。

(C)探针插入小鼠体感觉皮层的示意图。它的LED和MEA被放置在第四层和第五层,周围是兴奋性(蓝色三角形)和/或抑制性(红色/绿色椭圆形)神经元。

(D)简化制作流程。(来源:细胞报告物理科学)


首席研究员Guangyu Xu说:“我们可以发送两种颜色中的一种光,让大脑局部区域的神经元变得更活跃或沉默,这反映在神经记录信号中。”“这种双向能力可以用于精确探测大脑回路和建模疾病。”


“我们的目标是继续扩展这项技术,以潜在地帮助绘制神经退行性疾病的治疗干预的脑回路,”Guangyu Xu评论未来的研究方向。早期的研究表明,这种探针最终也可以用于调节中枢或周围神经系统的其他部分的活动。


参考文献

Mao, D., Sun, F., Driscoll, B., Li, Z., & Xu, G. (2023). Close-packed dual-color micro-LEDs enable cortical-layer-specific bidirectional in vivo optogenetic electrophysiology. Cell Reports Physical Science, 4(12), 101702. https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2023.101702