科技日報訊 (記者張佳欣)美國圣路易斯華盛頓大學研究團隊開發(fā)出一種細如發(fā)絲、卻能同時控制數(shù)千個神經(jīng)元活動的新型光纖裝置,可在大腦深處精確操控神經(jīng)活動。研究成果發(fā)表于最新一期《自然·神經(jīng)科學》雜志。
該裝置名為PRIME(全景可重構照明光纖),能夠通過一根細如發(fā)絲的植入物,實現(xiàn)多點、可重配置的光學刺激。這一突破性的光纖神經(jīng)調控技術,或將成為未來理解大腦工作機制、治療腦部疾病的重要工具。
光遺傳學是一種利用光控制神經(jīng)元的技術??蒲腥藛T通過在神經(jīng)元中植入對光敏感的離子通道,用光信號“開關”特定腦區(qū)的細胞活動。然而,傳統(tǒng)光纖存在限制,因為每根光纖只能照射一個固定點。若要研究復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡,需要在大腦中植入上千根光纖,操作極具侵入性。
PRIME技術的突破在于,它能讓單根光纖像“腦中的可控迪斯科球”一樣,將光線同時定向至多個腦區(qū)。研究團隊利用超快激光三維微加工技術,在光纖內部刻寫出數(shù)千個光柵發(fā)射器(相當于微型反射鏡),實現(xiàn)光線的多點分布輸出。這些微型光發(fā)射器尺寸極小,僅為人類頭發(fā)直徑的1%。
在實驗驗證中,團隊利用動物模型,通過PRIME技術成功刺激上丘不同子區(qū)域的神經(jīng)活動,從而精確誘導動物產生“僵住”或“逃避”等不同行為反應。PRIME能夠在空間和時間上實現(xiàn)對光信號的高精度調控,使團隊得以觀察相鄰神經(jīng)回路之間的交互機制,并揭示不同腦區(qū)活動模式如何共同影響行為。
這一成果不僅是神經(jīng)科學的重要突破,也為下一代腦機接口技術提供了新思路。該裝置顯著拓展了實驗中將分布式神經(jīng)活動與知覺、行動相聯(lián)系的能力,為探究腦功能提供了全新層次的研究通道。
該裝置名為PRIME(全景可重構照明光纖),能夠通過一根細如發(fā)絲的植入物,實現(xiàn)多點、可重配置的光學刺激。這一突破性的光纖神經(jīng)調控技術,或將成為未來理解大腦工作機制、治療腦部疾病的重要工具。
光遺傳學是一種利用光控制神經(jīng)元的技術??蒲腥藛T通過在神經(jīng)元中植入對光敏感的離子通道,用光信號“開關”特定腦區(qū)的細胞活動。然而,傳統(tǒng)光纖存在限制,因為每根光纖只能照射一個固定點。若要研究復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡,需要在大腦中植入上千根光纖,操作極具侵入性。
PRIME技術的突破在于,它能讓單根光纖像“腦中的可控迪斯科球”一樣,將光線同時定向至多個腦區(qū)。研究團隊利用超快激光三維微加工技術,在光纖內部刻寫出數(shù)千個光柵發(fā)射器(相當于微型反射鏡),實現(xiàn)光線的多點分布輸出。這些微型光發(fā)射器尺寸極小,僅為人類頭發(fā)直徑的1%。
在實驗驗證中,團隊利用動物模型,通過PRIME技術成功刺激上丘不同子區(qū)域的神經(jīng)活動,從而精確誘導動物產生“僵住”或“逃避”等不同行為反應。PRIME能夠在空間和時間上實現(xiàn)對光信號的高精度調控,使團隊得以觀察相鄰神經(jīng)回路之間的交互機制,并揭示不同腦區(qū)活動模式如何共同影響行為。
這一成果不僅是神經(jīng)科學的重要突破,也為下一代腦機接口技術提供了新思路。該裝置顯著拓展了實驗中將分布式神經(jīng)活動與知覺、行動相聯(lián)系的能力,為探究腦功能提供了全新層次的研究通道。