研究室や臨床現場で哺乳類の神経系を確実に追跡し操作することで、神経科学者は仮説を検証することができ、それが新たな重要な発見につながる可能性があります。脳を研究するために最も確立され広く使用されている技術は、周囲の電気活動を監視または刺激できるデバイスである電極を利用します。

しかし、マウスに関する最近の研究では、人間以外の霊長類および他の哺乳類も、哺乳類の脳のニューロンの活動を研究するための光学的および光遺伝学的技術の可能性を強調しています。の利点光学技術それは、特定のニューロン集団を高レベルの精度で、より遠く離れた、より広い皮質領域にまたがって標的にすることができるため、神経科学者が神経活動を細心の注意を払って追跡し、調節できることです。

その可能性にもかかわらず、これらの技術は通常、卓上顕微鏡などの大型で高度な実験器具の使用に依存しています。いくつかのコンピュータ科学者そしてエンジニアたちは、計算を実行することで画像をキャプチャし、デジタル的に再構成するレンズのない小型顕微鏡など、かさばらず、より手頃なソリューションの導入を試みてきました。しかし、これらのソリューションにも、レンズベースの光学技術よりも低い解像度やより大きな計算要件などの制限があります。

コロンビア大学、ニューヨーク大学、その他の研究機関の研究者は最近、新しい皮下光学装置を開発しました。デバイスこれを使用すれば、より正確に脳を監視し、刺激することができます。この装置、紹介されたある紙でネイチャーエレクトロニクス、相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) ベースの光プローブに依存します。

「頭部装着型の顕微鏡の小型化はかなり進んでいるが、既存の装置はかさばっており、人間への応用にはより非侵襲的で完全に埋め込み可能なフォームファクターが必要となるだろう」とエリック・H・ポールマン氏、ヘユ・イン氏らは書いている。彼らの論文では。「我々は、双方向の光刺激と記録のための超薄型、小型硬膜下 CMOS 光学デバイスを報告します。」

同チームのデバイスのベースとなっているSCOPeと呼ばれる光プローブは、柔軟でレンズのない薄型の小型顕微鏡と光刺激装置で構成されている。注目すべき点は、プローブが霊長類の脳の硬膜下腔に収まるほど十分に薄いことです。硬膜およびくも膜として知られる、哺乳類の脳を覆う 2 つの組織層の間の狭い領域。

「私たちは、蛍光イメージングと光遺伝学刺激の両方が可能なカスタム CMOS アプリケーション固有の集積回路を使用し、総厚が 200µm 未満のプローブを作成しています。これは、硬膜下腔内に完全に収まるほど十分に薄いものです。」霊長類の脳だ」とポールマン、イン、そして彼らの同僚は書いている。「私たちは、このデバイスが画像化と光刺激に使用できることを示しました。マウスモデル人間以外の霊長類の到達移動速度を解読するために使用できます。」

研究の一環として、研究者らはマウスでデバイスをテストし、イメージングとマウスの脳の光学的刺激の両方においてその可能性を実証することに成功した。その後、彼らはこの装置を使用して、ヒト以外の霊長類の運動皮質におけるニューロンの活動を研究しました。

最初のテストで収集された結果は、この装置により脳の関心領域全体を画像化できると同時に、動物の動きを脳の活動と関連付けることができるため、非常に有望なものでした。将来的には、この新しい有望な技術により、研究に興味深い可能性が開かれ、他の神経科学者が特定の活動に従事している動物の脳内で、低侵襲的な方法で特定のニューロンの活動を正確に操作および監視できるようになる可能性があります。

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