Üksikute närvirakkude mitte-pärilik fotoakustiline erutus koonusekiu optoakustilise kiirgaja abil

Üksikute neuronite mitte-geneetiline fotoakustiline stimulatsioon kitseneva kiuga optoakustilise kiirgaja abil

Neuromodulatsioon kõrgel ruumilisel eraldusvõimel on oluline nii vaimse ahela mõistmise kui ka neuroloogiliste haiguste ravimisel. Siin on koonilise kiuga optoakustiline emitter (TFOE) loodud nii üksikute närvirakkude kui ka subtsellulaarsete raamistike ergastamiseks. TFOE võimaldas assimilatsiooni täppklambri registreerimisega, samuti kasutas fotoakustiliseks erutuseks nii rakutüübile vastavat ergutavat kui ka repressiivset närvirakku. TFOE annab nii geneetilise ühe raku kui ka alam-rakulise käändesüsteemi, mis võib kaotada täiesti uued arusaamad otse ultraheli neurostimulatsiooni süsteemis.

Neuromoduleerimine suure ruumilise eraldusvõimega on tegelikult olnud oluline meetod nii neuroloogiliste haiguste käsitlemiseks kui ka põhiteadmiste edendamiseks neuroteaduste valdkonnas, väikese elanikkonna või võib-olla üksikute närvirakkude tulistamine võib eriti muuta lemmiklooma tegevust või meeleseisundit. Optogeneetika on efektiivne lähenemisviis, mis suudab reguleerida rottide populatsiooni närviülesandeid, kuid selle nõudlus viiruse transfektsiooni järele piirab selle kasutamist nii ahvilistel kui ka inimestel. Kiiresti laieneva meetodina on kontsentreeritud ultraheli tegelikult kasutatud paljudes meele neuromodulatsiooni rakendustes. Kuid tavalised pieso-põhised muundurid tagavad ruumilise eraldusvõime millimeetrites. Lisaks katsetatakse rakkude elektrofüsioloogilise toime sirgjoonelist mõõtmist ultrahelipõnevuse korral, kasutades kogu raku plaastri-klambri elektrofüsioloogiat, mis on kuldne tüüpiline strateegia neuromodulatsiooni biofüüsikaliste seadmete täpseks hindamiseks. Ikka otsitakse uusi olulise võimekusega lähenemisviise, mis koosnevad nii üksik- kui ka alatsellulaarsest täpsusest ning üksikute rakkude elektrofüsioloogia salvestamise assimileerimisest, et oleks võimalik mõista nii mehaanilist erutust üksikelemendi kraadi juures kui ka pakkuda suurt täpsust võimalike professionaalsete rakenduste jaoks.

Aastal ilmunud uhiuues paberil Kerge teadus ja rakendus, teadlaste rühm eesotsas professorite Chen Yangi ja Bostoni ülikooli Ji-xin Chengiga on tegelikult loonud koonilise kiu optoakustilise emitteri (TFOE), mis kasutab ära nii optoakustilist tulemust kui loob 40 μm lokaalse akustilise ala , fotoakustilise närviärrituse jaoks üksikrakus ja ka alamkesta kraadi jaoks. TFOE olulised uuendused nii ruumilise eraldusvõime kui ka optoakustilise muundamise efektiivsuse osas saavutatakse nii kiudude kujunduse, toote kohandamise kui ka täiesti uue sadestumisviisi abil. Ruumiliselt näitasid nad akustilist põnevust enneolematu täpsusega. Ajutiselt lülitas TFOE poolt toodetud üksikakustiline impulss koos sub-mikrosekundilise perioodiga tõhusalt sisse närvirakud, mis avastati tõhusa neuromodulatsiooni kiireimate akustiliste stimulatsioonidena. Oluline on see, et TFOE tekitatud ala lähedal asuv akustiline laine võimaldas optoakustilist põnevust, jälgides samaaegselt raku tegevust, kasutades kogu raku kohaklambri salvestust. Nende uuringud avalikustasid rakutüübispetsiifilise toime nii ergastavate kui ka repressiivsete närvirakkude akustilisele põnevusele.

Need otsingud paljastavad TFOE kui süsteemiuuenduse hämmastava võime närvisüsteemi geneetilise põnevuse saavutamiseks nii ruumilise kui ka ajalise täpsusega. TFOE pakutavad uhiuued võimalused avavad kindlasti paljud uhiuued uuringu võimalused. Näiteks paljastades rakutüübispetsiifilise piiri nii ergutavate kui ka repressiivsete närvirakkude akustilise põnevuse osas, võib nii akustiline stress kui ka periood olla seotud konkreetse rakutüübi selektiivsuse saavutamisega multiskaala meele piirkonnas. Samal ajal võib üksikmikrosekundilise perioodiga akustilist pulssi peenhäälestada, et teha stimulatsiooni ajaline ülevaade, mis kindlasti võimaldab närvirakkude ülesannete mustrite reguleerimisel sarnaneda looduslike närvikoodidega. Lisaks annab närvirakkude akustiline erutus koos farmakoloogiliselt või geneetiliselt kohandatud ioonvõrkudega, mis on ühendatud täppklambriga, täiesti uue arusaama mehaanilise neuromodulatsiooni elektrofüsioloogilistest seadmetest. Ilma igasuguste terasdetailideta on TFOE elektromagnetiliste häirete suhtes tundmatu ning töötab praktilise magnetvibratsiooni pildistamise (fMRI) abil, mis tagab kindluse edaspidiseks uurimiseks nii inimeste tegevuste kui ka haiguste mõistmiseks. Arvestades ultraheli neuromodulatsiooni suurenevat atraktiivsust, eeldavad teadlased, et TFOE tihedus, tasuvus ja paindlikkus võimaldavad neuroteaduse valdkonnas optoakustilisi tulemusi kasutada.