Möjligheten att stimulera neurala kretsar med mycket hög precision ljus för att styra celler - optogenetik - är nyckeln till spännande framsteg i studien och kartläggningen av den levande hjärnan. I nuvarande toppmodern teknik, rymdmönstrat ljus som projiceras via optik i ledigt utrymme stimulerar små, transparenta organismer och exciterar neuroner inom ytliga lager av cortex.

Dock, ljusspridning och absorption i neurala vävnader gör att ljusgenomträngning blir extremt kort, vilket gör det omöjligt att använda optiska metoder i fritt utrymme för att undersöka hjärnregioner djupare än cirka 2 mm.

I "Mönstrad fotostimulering via synliga våglängds fotoniska sonder för djup hjärnans optogenetik, "publicerad idag av SPIE, det internationella samhället för optik och fotonik, i tidningen Neurofotonik , huvudförfattare Eran Segev från professor Michael Roukes grupp på Caltech, tillsammans med medförfattare från Caltech, Baylor College of Medicine, och Stanford University, beskriv en lösning. Artikeln är tillgänglig via open access.

Deras tillvägagångssätt kombinerar nanofotonik och mikroelektromekaniska system (MEMS) i en implanterbar, extremt smal, kiselbaserad fotonisk sond för att leverera ljus djupt i hjärnvävnader. Denna minimalt invasiva teknik undviker större vävnadsförskjutning under implantation.

Med hjälp av tekniker för optogenetik, ett protein i hjärnan fungerar som en sensorisk fotoreceptor och kan styras av specifika våglängder av ljus. Dessa kombinerade tekniker ger ett nytt tillvägagångssätt för stimulering av hjärnkretsar med anmärkningsvärd upplösning, möjliggör observation och kontroll av enskilda neuroner.

Dessa genombrott presenterar utbredda och lovande tillämpningar för neurovetenskap och neuromedicinsk forskning. Från att karaktärisera specifika neurons roll och identifiera neurala kretsar som är ansvariga för beteende till att möjliggöra nya metoder för operant konditionering genom belöningsinducerade kretsaktiveringar, optogenetik har blivit en ny väg för neurovetenskapare som söker framsteg inom forskningskapacitet.

Artikeln visas i ett särskilt avsnitt i Neurofotonik , Brain Mapping and Therapeutics, med Shouleh Nikzad, Jet Propulsion Laboratory, Caltech, tjänstgör som senior gästredaktör. Den särskilda sektionen är en del av ett SPIE -partnerskap med Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), fungerar som ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt för att använda avancerad teknik för att lösa neurologiska störningar och sjukdomar och förstå neurovetenskap. Insatsen inleddes under Nikzads mandatperiod som SBMT -president 2015.