211service.com
Nanorørsonde giver en enkelt neurons visning af hjerneaktivitet
Et lille spyd lavet af kulstof nanorør kan undersøge den indre elektriske aktivitet af en enkelt neuron, hvilket giver forskerne et mere raffineret blik på, hvordan hjerneceller reagerer på signaler fra deres naboceller. At sondere hjernen ved denne beslutning kan være afgørende for bestræbelserne på at forstå og kortlægge dens funktion i nye detaljer (se Why Obama's Brain-Mapping Project Matters).
Hæft på: Et mikrofotografi viser en ny hjerneelektrode, der er tynd og lang nok til at optage inde fra en enkelt neuron.
Neuronharpunerne er kun 5 til 10 mikrometer brede og kan gennembore en levende celle for at måle elektriske ændringer forbundet med neuronal signalering. I dissekeret skiver af stadig aktivt musehjernevæv var forskere ved Duke University i stand til at optage inde fra en enkelt neuron ad gangen.
Så vidt vi ved, viser vores papir den første intracellulære optagelse med kulstofnanorør fra hvirveldyrneuroner, siger Bruce Donald , en biokemiker og datalog ved Duke University og forfatter om undersøgelse, som blev offentliggjort i PLoS ONE på onsdag.
Carbon nanorør har mange ønskværdige egenskaber til hjerneoptagelser, siger Donald: de er stærke, de er kompatible med kropsvæv, og de leder elektricitet godt. Men tidligere enheder bygget af kulstof nanorør har været for korte eller brede til at være velegnede til optagelse inde i celler. Sonderne bygget af Duke-forskerne var imidlertid omkring en millimeter lange og egnede sig til at overvåge elektrisk aktivitet mere præcist end typiske glas- eller metalelektrodeopsætninger.
Skarp ende: Neuro-harpunen kommer til et meget fint punkt.
Holdet var i stand til at detektere små ændringer i elektrisk aktivitet i cellen - ændringer svarende til de inputsignaler, som neuronen modtog fra andre neuroner. En gennemsnitlig kortikal neuron kan modtage signaler fra omkring 10.000 andre neuroner, siger Richard Mooney , en neurovidenskabsmand ved Duke University og en forfatter om undersøgelsen. Hver for sig genererer de meget små signaler, siger han. Sammen beregnes indsamlingen af signaler af den modtagende neuron, da den beslutter, om den skal affyres eller ej.
Intracellulære optagelser kunne være nyttige til at kortlægge de funktionelle forbindelser mellem neuroner, et mål for det nyligt lancerede BRAIN-initiativ (se The Brain Activity Map). Ved at kunne se ind i cellen og måle små spændingsændringer får du adgang til det netværk, der taler til den celle, siger Mooney.
Forskerne brugte en smart teknik til at bygge deres enhed, siger Takashi Kozai , en neuralingeniør, der ikke var involveret i undersøgelsen. Startende ved spidsen af en wolframtråd opbyggede de en lang nållignende sonde lavet af sammenfiltrede kulstofnanorør. Derefter belagde de sonden med et isolerende materiale og brugte en fokuseret stråle af ioner til at bombardere spidsen, fjerne isoleringen fra dette område og barbere den til et fint punkt.
Med denne teknik kan du lave [sonder], så længe du vil, siger Kozai, der også udvikler mikroskopiske elektroder til optagelse af neuronaktivitet (se A Carbon Microthread That Makes Contact with the Mind ). Arbejdet sætter scenen for at lave endnu smallere enheder, måske i størrelsesordenen 100 nanometer i stedet for mikron, siger han.
Ud over dissekerede hjerneskiver testede holdet deres tynde elektrode i bedøvede mus, selvom de ikke var i stand til at opnå optagelser inde fra disse dyrs hjerneceller. Men hvis fremtidige versioner af nanorørspidsen er endnu skarpere, kan de måske bedre gennembore celler i bløde og svampede hjerner, siger Kozai. Hvis det er muligt, og hvis enheden er stabil i levende hjerner over tid, kan det hjælpe forskere med at udforske, hvordan den levende hjerne lærer og husker.
Hvis de stabilt kan optage fra den samme celle i længderetningen, siger Kozai, kan det bruges til at kortlægge, hvordan neuroner ændrer sig under hukommelsesdannelse og indlæring.