La capacidad de estimular los circuitos neuronales con luz de muy alta precisión para controlar las células (optogenética) es clave para los emocionantes avances en el estudio y el mapeo del cerebro vivo. En el estado actual de la técnica, La luz con patrones espaciales proyectados a través de ópticas de espacio libre estimula los pequeños, organismos transparentes y excita las neuronas dentro de las capas superficiales de la corteza.

Sin embargo, La dispersión y absorción de la luz en el tejido neural hacen que la penetración de la luz sea extremadamente corta. lo que hace imposible emplear métodos ópticos de espacio libre para sondear regiones del cerebro a más de 2 mm de profundidad.

En "Fotoestimulación con patrones mediante sondas fotónicas de longitud de onda visible para optogenética cerebral profunda, "publicado hoy por SPIE, la sociedad internacional de óptica y fotónica, en el diario Neurofotónica , autor principal Eran Segev del grupo del profesor Michael Roukes en Caltech, junto con coautores de Caltech, Facultad de Medicina de Baylor, y la Universidad de Stanford, describe una solución. El artículo está disponible en acceso abierto.

Su enfoque combina nanofotónica y sistemas microelectromecánicos (MEMS) en un implantable, ultra estrecho Sonda fotónica a base de silicio para suministrar luz a las profundidades de los tejidos cerebrales. Esta técnica mínimamente invasiva evita un desplazamiento importante del tejido durante la implantación.

Utilizando técnicas de optogenética, una proteína en el cerebro sirve como fotorreceptor sensorial y puede ser controlada por longitudes de onda de luz específicas. Estas técnicas combinadas proporcionan un nuevo enfoque para la estimulación de los circuitos cerebrales con una resolución notable, permitiendo la observación y el control de neuronas individuales.

Estos avances presentan aplicaciones prometedoras y generalizadas para las comunidades de investigación en neurociencia y neuromedicina. Desde caracterizar el papel de neuronas específicas e identificar los circuitos neuronales responsables del comportamiento hasta habilitar nuevos métodos de condicionamiento operante a través de activaciones de circuitos inducidas por recompensas, La optogenética se ha convertido en un nuevo camino para los neurocientíficos que buscan avances en las capacidades de investigación.

El artículo aparece en una sección especial en Neurofotónica , Mapeo cerebral y terapéutica, con Shouleh Nikzad, Laboratorio de propulsión a chorro, Caltech, sirviendo como editor invitado senior. La sección especial es parte de una asociación de SPIE con la Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), sirviendo como un enfoque multidisciplinario para el uso de tecnología avanzada para resolver trastornos y enfermedades neurológicos y para comprender la neurociencia. El esfuerzo se inició durante el mandato de Nikzad como presidente de SBMT en 2015.