Stången uppe till höger är placerad för att modifiera elektrisk signal mellan neuronerna. Hela bilden är mindre än diametern på ett enda hår. Upphovsman:Parameswaran, et al.
Den mänskliga hjärnan förblir i stort sett en svart låda:Hur nätverket av snabbt rörliga elektriska signaler förvandlas till tanke, rörelse och sjukdomar är fortfarande dåligt förstådda. Men det är elektriskt, så det kan hackas - frågan är att hitta en exakt, enkelt sätt att manipulera elektrisk signalering mellan neuroner.
En ny studie från University of Chicago visar hur liten, ljusdrivna ledningar kan vara tillverkade av kisel för att ge dessa elektriska signaler. Publicerad 19 februari i Naturnanoteknik , studien erbjuder en ny väg att belysa - och kanske en dag behandla - hjärnstörningar.
Tio år sedan, vetenskapsvärlden levde med spekulationer om en nyligen upptäckt teknik som kallas optogenetik, som skulle manipulera neural aktivitet med ljus. Problemet är att det måste göras med genetik:att sätta in en gen i en målcell som skulle få den att reagera på ljus. Andra sätt att modulera neuroner har sedan föreslagits, men ett perfekt alternativ förblir svårfångat.
Ett lag som leds av Asst. Prof. Bozhi Tian byggde små trådar som tidigare utformats för solceller. Dessa nanotrådar är så små att hundratals av dem kan sitta sida vid sida på kanten av ett pappersark - sätta dem i samma skala som de delar av cellerna de försöker kommunicera med.
Dessa nanotrådar kombinerar två typer av kisel för att skapa en liten elektrisk ström när den träffas av ljus. Guld, diffunderas av en speciell process på trådens yta, fungerar som en katalysator för att främja elektrokemiska reaktioner.
"När tråden är på plats och upplyst, spänningsskillnaden mellan insidan och utsidan av cellen är något reducerad. Detta sänker barriären för neuronet att avge en elektrisk signal till sina närliggande celler, "Sa Tian.
Teamet testade tillvägagångssättet med råttneuroner som odlats i ett laboratorium, och såg att de verkligen kunde trigga neuroner att avfyra dessa elektriska signaler.
"Det fina med det är att både guld och kisel är biologiskt kompatibla material, "sade doktoranden Ramya Parameswaran, den första författaren på studien. "Också, efter att de har injicerats i kroppen, strukturer av denna storlek skulle försämras naturligt inom ett par månader. "
"Det är en grundläggande men mycket lovande strategi, "Sa Tian. De planerar nästa att testa systemet hos djur, som både kan hjälpa forskare att förstå hur dessa elektriska signaler fungerar i hjärnan samt föreslå sätt att hantera problem som Parkinsons sjukdom eller psykiatriska störningar.
