실험실이나 임상 환경에서 포유류 신경계를 안정적으로 추적하고 조작하면 신경과학자들이 가설을 테스트할 수 있으며 이는 결과적으로 새로운 중요한 발견으로 이어질 수 있습니다.뇌 연구를 위해 가장 잘 확립되고 널리 사용되는 기술은 전극, 즉 주변의 전기적 활동을 모니터링하거나 자극할 수 있는 장치를 활용합니다.

그러나 최근 쥐에 대한 연구에서는인간이 아닌 영장류그리고 다른 포유류 역시 포유류 뇌의 뉴런 활동을 연구하기 위한 광학 및 광유전학 기술의 가능성을 강조했습니다.장점광학 기술이는 더 먼 거리와 더 넓은 피질 영역에 걸쳐 높은 수준의 정밀도로 특정 뉴런 집단을 표적으로 삼을 수 있어 신경과학자들이 신경 활동을 세심하게 추적하고 조절할 수 있다는 것입니다.

잠재력에도 불구하고 이러한 기술은 일반적으로 탁상용 현미경과 같은 부피가 크고 정교한 실험실 장비를 사용합니다.일부컴퓨터 과학자엔지니어들은 계산을 수행하여 이미지를 캡처하고 디지털 방식으로 재구성하는 무렌즈 소형 현미경과 같이 부피가 작고 보다 저렴한 솔루션을 도입하려고 노력했습니다.그러나 이러한 솔루션에도 렌즈 기반 광학 기술보다 해상도가 낮고 계산 요구 사항이 더 큰 등의 제한 사항이 있습니다.

컬럼비아 대학교, 뉴욕 대학교 및 기타 연구소의 연구원들은 최근 새로운 피하 광학 장치를 개발했습니다.장치보다 정밀하게 뇌를 모니터링하고 자극하는 데 사용될 수 있습니다.이 장치는,소개한 종이에자연 전자는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 기반 광학 프로브를 사용합니다.

"머리 장착 구성을 위한 현미경 소형화에 상당한 진전이 있었지만 기존 장치는 부피가 크고 인간에 적용하려면 보다 비침습적이고 완전히 이식 가능한 폼 팩터가 필요합니다"라고 Eric H. Pollmann, Heyu Yin 및 동료들은 썼습니다.그들의 논문에서."우리는 양방향 광학 자극 및 기록을 위한 초박형 소형 경막하 CMOS 광학 장치를 보고합니다."

SCOPe라고 불리는 팀 장치의 기반이 되는 광학 프로브는 유연하고 렌즈가 없으며 얇은 소형 현미경과 광학 자극기로 구성됩니다.특히, 탐침은 영장류 뇌의 경막하 공간에 들어갈 만큼 얇습니다.경질막과 거미막으로 알려진 포유류의 뇌를 덮고 있는 조직의 두 층 사이의 좁은 영역입니다.

"우리는 형광 이미징과 광유전학적 자극이 모두 가능한 맞춤형 CMOS 애플리케이션별 집적 회로를 사용하여 총 두께가 200μm 미만인 프로브를 생성합니다. 이 프로브는 경막하 공간 내에 완전히 놓일 수 있을 만큼 얇습니다.영장류의 뇌"라고 Pollmann, Yin 및 동료들은 썼습니다."우리는 이 장치가 이미징 및 광학 자극에 사용될 수 있음을 보여줍니다.마우스 모델인간이 아닌 영장류의 도달 속도를 해독하는 데 사용될 수 있습니다."

연구의 일환으로 연구원들은 쥐를 대상으로 장치를 테스트하여 쥐의 뇌를 영상화하고 광학적으로 자극할 수 있는 가능성을 성공적으로 입증했습니다.그 후, 그들은 또한 인간이 아닌 영장류의 운동 피질에 있는 뉴런의 활동을 연구하기 위해 장치를 사용했습니다.

초기 테스트에서 수집된 결과는 매우 유망했습니다. 장치를 사용하면 관심 있는 뇌 영역 전체를 이미지화할 수 있을 뿐만 아니라 동물의 움직임과 뇌 활동의 상관 관계를 확인할 수 있었기 때문입니다.미래에 이 새로운 유망 기술은 다른 신경과학자들이 특정 활동에 참여하는 동물의 뇌 내에서 덜 침습적인 방식으로 특정 뉴런의 활동을 정밀하게 조작하고 모니터링할 수 있게 함으로써 흥미로운 연구 가능성을 열어줄 수 있습니다.

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