Activación inalámbrica de circuitos cerebrales específicos en menos de un segundo

Un equipo de investigación dirigido por neuroingenieros de la Universidad de Rice ha creado una tecnología inalámbrica para activar de forma remota circuitos cerebrales específicos en moscas de la fruta en menos de un segundo.

En una manifestación publicada en Materiales naturalesinvestigadores de Rice, Duke University, Brown University y Baylor College of Medicine usaron señales magnéticas para activar neuronas específicas que controlaban la posición corporal de movimiento libre. moscas de la fruta en un recinto.

“Para estudiar el cerebro o para tratar trastornos neurológicos Comunidad cientifica está buscando herramientas que sean increíblemente precisas, pero también mínimamente invasivas”, dijo el autor del estudio, Jacob Robinson, profesor asociado de electricidad y tecnología. ingenieria informatica en Rice y miembro de la Iniciativa de Neuroingeniería de Rice. “El control remoto de circuitos neuronales seleccionados con campos magnéticos es una especie de santo grial para la neurotecnología. Nuestro trabajo da un paso importante hacia este objetivo, ya que aumenta la velocidad del control magnético remoto, acercándolo a la velocidad natural del cerebro”.

Robinson dijo que la nueva tecnología activa los circuitos neuronales unas 50 veces más rápido que la mejor tecnología demostrada previamente para la estimulación magnética de neuronas definidas genéticamente.

“Hicimos progresos porque al autor principal, Charles Sebesta, se le ocurrió la idea de usar un nuevo canal de iones sensible a la tasa de cambio de temperatura”, dijo Robinson. “Al reunir a expertos en ingeniería genética, nanotecnología y Ingenieria Eléctrica pudimos juntar todas las piezas y probar que esta idea funciona. Fue realmente un esfuerzo de equipo de científicos de clase mundial con los que tuvimos la suerte de trabajar”.

Los investigadores utilizaron Ingeniería genética para expresar un canal iónico especial sensible al calor en las neuronas que hace que las moscas extiendan parcialmente sus alas, un gesto de apareamiento común. Luego, los investigadores inyectaron nanopartículas magnéticas que podrían calentarse con un campo magnético aplicado. Una cámara superior observó a las moscas mientras deambulaban libremente en un recinto encima de un electroimán. Al alterar el campo del imán de una manera específica, los investigadores pudieron calentar las nanopartículas y activar las neuronas. Un análisis del video de los experimentos mostró que las moscas con las modificaciones genéticas adoptaron la postura de alas extendidas dentro de aproximadamente medio segundo de la campo magnético cambio.

Robinson dijo que la capacidad de activar células genéticamente seleccionadas en momentos específicos podría ser una herramienta poderosa para estudiar el cerebro, tratar enfermedades y desarrollar tecnología para la comunicación directa entre el cerebro y la máquina.

Robinson es el investigador principal de MOANA, un ambicioso proyecto para desarrollar tecnología de auriculares para la comunicación no quirúrgica, inalámbrica y de cerebro a cerebro. Abreviatura de “acceso neuronal magnético, óptico y acústico”, MOANA busca desarrollar una tecnología de auriculares que pueda “leer” o decodificar la actividad neuronal en la corteza visual de una persona y “escribir” o codificar esa actividad en el cerebro de otra persona. Un ejemplo es la tecnología magnetogenética.

El equipo de Robinson está trabajando con el objetivo de restaurar parcialmente la visión de los pacientes ciegos. Al estimular partes del cerebro asociadas con la visión, los investigadores de MOANA esperan dar a los pacientes una sensación de visión incluso si sus ojos ya no funcionan.

“El objetivo a largo plazo de este trabajo es crear métodos para activar regiones específicas del cerebro en humanos con fines terapéuticos sin tener que realizar una cirugía”, dijo Robinson. “Para lograr la precisión natural del cerebro, probablemente necesitemos obtener una respuesta de unas pocas centésimas de segundo, por lo que aún queda un largo camino por recorrer”.