A través del campo emergente de la optogenética, una tecnología que permite controlar con precisión las neuronas modificadas genéticamente en los tejidos vivos mediante la luz, Los científicos están intentando comprender mejor cómo funciona el cerebro con la esperanza de descubrir curas para los trastornos neuronales debilitantes, como el trastorno de estrés postraumático (TEPT) y la enfermedad de Alzheimer.

Un ingeniero del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), junto con investigadores de la Universidad de Michigan y la Universidad de Nueva York (NYU), han dado un gran paso adelante al permitir el control optogenético "multicolor" de diferentes tipos de neuronas. El equipo, incluido Komal Kampasi de LLNL, desarrolló un nuevo implante neuronal basado en silicio que puede controlar la actividad eléctrica de las células cerebrales al iluminar el cerebro de ratones despiertos con luz multicolor. Los resultados fueron publicados en Microsistemas naturales y nanoingeniería y apareció en la portada de junio de la revista.

El autor principal del artículo, Kampasi realizó su trabajo como candidata a doctorado en la Universidad de Michigan. Ella dijo que la tecnología abre nuevas vías para el interrogatorio de circuitos neuronales, lo que ayudará a los científicos a comprender mejor la organización y función de los circuitos neuronales complejos.

"Si bien la mayoría de las investigaciones en el campo de la optogenética se han centrado en manipular un tipo de neurona a la vez mediante la entrega de luz monocromática, nuestra tecnología ofrece un multicolor, solución sin fibra para controlar dos o más poblaciones neuronales entremezcladas espacialmente, "Kampasi explicó." Este es un gran paso adelante en optogenética porque los neurocientíficos ahora pueden manipular diferentes tipos de neuronas a nivel de circuito local mientras simultáneamente registran de alta calidad, datos eléctricos de bajo ruido de esas celdas ".

Kampasi, que llamó al dispositivo un "hito de la ingeniería, "agregó que el diseño de sus equipos elimina el uso de voluminosos, Fibras ópticas invasivas mediante la integración de micro láseres y guías de onda para proporcionar luz multicolor, haciendo que la plataforma sea mucho más compacta, escalable y menos invasivo sin dejar de mantener la óptica, características de los dispositivos térmicos y eléctricos requeridos para un implante neural.

Los Institutos Nacionales de Salud (NIH) financiaron el estudio de tres años como parte de la iniciativa BRAIN de la Casa Blanca, un esfuerzo de colaboración público-privada para revolucionar la comprensión del cerebro humano. Se centró en el desarrollo de neurotecnologías avanzadas para estudiar regiones cerebrales más densas y profundas, como el hipocampo, la parte del cerebro responsable de crear y retener recuerdos. El equipo de Kampasi, dirigido por el profesor Euisik Yoon de la Universidad de Michigan, desarrolló el optoelectrodo neuronal multicolor, que fue implantado en el cerebro de ratones por el equipo de neurocientíficos de Gyorgy Buzsaki en NYU. El equipo de Buzsaki quería comprender cómo se forman y borran los recuerdos mediante el estudio de la interacción entre diferentes tipos de células en el hipocampo.

"Queríamos saber si podíamos controlar con precisión la actividad de picos de tipos de neuronas densamente entremezclados en el hipocampo de los ratones; estábamos encantados de ver que podemos, "Kampasi dijo." Tal capacidad de manipular múltiples tipos de células, simultánea e independientemente, en una ubicación de circuito específica es fundamental para comprender la interacción entre los diferentes tipos de neuronas y constituye una vía importante en el futuro de la investigación en neurociencias ".

Uno de los objetivos actuales de Kampasi es aplicar la tecnología al sistema flexible único de LLNL, sondas neurales de película fina. Las matrices de electrodos de LLNL se han utilizado en varios estudios recientemente para registrar y estimular la actividad cerebral y han demostrado una vida útil prolongada. La integración de ópticas flexibles incorporadas en los dispositivos de LLNL mejorará significativamente las capacidades de las matrices de sondas neuronales existentes y permitirá nuevos estudios que antes no eran posibles. dijeron los investigadores.

"Al combinar esta capacidad de estimulación óptica de última generación con la tecnología de sonda neural flexible de Livermore, que muestra una estabilidad y una vida útil excepcionales, estamos trabajando para desarrollar un producto único en su tipo, matrices de optoelectrodos flexibles a base de polímeros, "dijo Shankar Sundaram, director del Centro de Bioingeniería de LLNL. "Esta, en conjunto con las grabaciones electrofisiológicas de alta densidad, promete arrojar nueva luz sobre el funcionamiento del cerebro ".