Ett team av neuroforskare och elektroingenjörer från Tyskland och Schweiz utvecklade ett mycket känsligt implantat som gör det möjligt att undersöka hjärnans fysiologi med oöverträffad rumslig och tidsmässig upplösning. De introducerar en ultrafin nål med ett integrerat chip som kan detektera och överföra data från kärnmagnetisk resonans (NMR) från nanolitervolymer av hjärnans syremetabolism. Den banbrytande designen kommer att möjliggöra helt nya tillämpningar inom life science.

Gruppen av forskare ledd av Klaus Scheffler från Max Planck Institute for Biological Cybernetics och University of Tübingen samt av Jens Anders från University of Stuttgart identifierade en teknisk bypass som överbryggar de elektrofysiska gränserna för samtida hjärnskanningsmetoder. Deras utveckling av en kapillär monolitisk nukleär magnetisk resonans (NMR) nål kombinerar mångsidigheten hos hjärnbildning med noggrannheten hos en mycket lokal och snabb teknik för att analysera hjärnans specifika neuronala aktivitet. "Den integrerade konstruktionen av en kärnmagnetisk resonansdetektor på ett enda chip minskar extremt den typiska elektromagnetiska interferensen för magnetresonanssignaler. Detta gör det möjligt för neurovetenskapliga forskare att samla exakta data från små delar av hjärnan och kombinera dem med information från rumsliga och tidsmässiga data från hjärnans fysiologi, " förklarar chefsutredaren Klaus Scheffler. "Med den här metoden, vi kan nu bättre förstå specifik aktivitet och funktioner i hjärnan. "

Enligt Scheffler och hans grupp, deras uppfinning kan avslöja möjligheten att upptäcka nya effekter eller typiska fingeravtryck av neuronal aktivering, upp till specifika neuronala händelser i hjärnvävnad. "Vår designuppsättning kommer att tillåta skalbara lösningar, vilket innebär möjligheten att utöka insamlingen av data från mer än från ett enda område – men på samma enhet. Skalbarheten av vårt tillvägagångssätt kommer att tillåta oss att utöka vår plattform med ytterligare avkänningsmodaliteter som elektrofysiologiska och optogenetiska mätningar, ", tillägger den andre huvudutredaren Jens Anders.

Teamen av Scheffler och Anders är mycket övertygade om att deras tekniska tillvägagångssätt kan hjälpa till att demerera de komplexa fysiologiska processerna inom hjärnans neurala nätverk och att det kan avslöja ytterligare fördelar som kan ge ännu djupare insikter om hjärnans funktionalitet. Med sitt primära mål att utveckla nya tekniker som specifikt kan undersöka den strukturella och biokemiska sammansättningen av levande hjärnvävnad, deras senaste innovation banar väg för framtida mycket specifika och kvantitativa kartläggningstekniker av neuronal aktivitet och bioenergetiska processer i hjärncellerna.