Созданы тончайшие свето-управляемые провода для модуляции электрических сигналов мозга

Новое исследование показало, как мельчайшие проводки, изготовленные из кремния, могут использоваться для управления электрической сигнализацией между нейронами. Исследование может пролить свет на причины некоторых расстройств головного мозга, и может быть, поможет разработать эффективные методы их лечения.

Стержень в правом верхнем углу служит для изменения электрической сигнализации между нейронами. Все изображение меньше диаметра человеческого волоса.

Человеческий мозг по сей день остается черным ящиком. До конца непонятно как сеть быстро движущихся электрических сигналов превращается в мысль, движение или болезнь. Но эта сеть электрическая, а значит, ее можно взломать — вопрос заключается только в открытие точного и простого способа манипуляции электрической сигнализацией, которой обмениваются нейроны.

В недавнем исследовании ученых Чикагского университета было показано, как крошечные, прозрачные проводки, изготовленные из кремния могут служить для проведения этих электрических сигналов. Исследование, результаты которого опубликованы 19 февраля 2018 г. в Nature Nanotechnology, предлагает новый способ пролить свет на причины и, возможно, когда-нибудь лечение расстройств головного мозга.

Десять лет назад научный мир был взбудоражен новостью о создании манипулирующей нейронной активностью посредством света технике, которая была названа оптогенетикой. Проблемой данной методики стала ее зависимость от генетики — для осуществления была необходима вставка гена, индуцирующего реакцию на свет, в клетку-мишень. С тех пор были предложены и другие способы модуляции нейронов, но оптимальных и действенных методик так и не смогли найти.

Команда во главе с ассистентом профессора Божи Тянь создала крошечные провода, ранее разработанные для солнечных батарей. Эти нанопроволочки настолько малы, что сотни из них могут сидеть бок о бок на краю листа бумаги, они соизмеримы с частями клеток, с которыми их пытаются связать.

Эти нанопроволоки состоят из двух типов кремния, которые способны создавать слабый электрический ток при попадании света. Золото, рассеянное специальным способом на поверхности проволоки, действует как катализатор, стимулируя электрохимические реакции.

«При подсветке провода разность напряжений между внутренней и внешней частями клетки немного уменьшается, что облегчает прохождение электрических сигналов от нейрона в соседние клетки», — сказал Тянь.

Команда протестировала этот подход на крысиных нейронах, выращенных в лаборатории, и специальное внутриклеточное контрольно-измерительное оборудование показало, что это действительно может инициировать нейроны, заставляя их активироваться электрическими сигналами.

«Самое приятное заключается в том, что и золото, и кремний являются совместимыми с биологическими тканями материалами», — сказал аспирант Рамья Парамсаван, первый автор исследования. «Кроме того, после введения в организм, структуры такого размера элиминируются естественным образом через пару месяцев».

«Это фундаментальный и очень перспективный подход», — сказал Тянь. Следующим, что они планируют, станет тестирование системы на животных, что может помочь исследователям понять, как эти электрические сигналы работают в мозге. В перспективе будет рассмотрена возможность решения таких проблем, как изучение болезни Паркинсона и других психических расстройств.