黑科技 | 用温度控制脑部活动,磁热刺激技术可用于治疗精神疾病

磁热刺激与光遗传学技术相比,它的侵入性较小。

近日,布法罗大学Arnd Pralle研究团队在《Elife》杂志上公布了研究成果,表示利用磁热刺激技术可直接控制小鼠的身体运动。论文中还表示,最终可以利用该技术治疗人类的脑部疾病或精神疾病。

十年以来,Pralle一直致力于推进磁热刺激技术。此前,他已经利用实验证明了该技术在培养皿中激活神经元的作用,以控制线虫的行为。

在此次小鼠实验中,Pralle团队成功激活了小鼠的三块不同大脑区域,以诱发特定的运动功能。据悉,研究人员在研究中使用的颗粒材料包括由锰铁氧体壳包围的钴铁氧体磁芯。

实验发现,刺激运动皮质细胞可使动物直行;运动过程中同时刺激纹状体中的细胞将导致动物转身;当科学家激活了更深的大脑区域时,小鼠就僵住了,无法移动他们的四肢。

导致这些行为是由于磁热刺激,该技术让研究人员能够使用加热的磁性纳米颗粒来激活脑内的个体神经元。接下来我们就具体了解一下它的工作原理:

首先,科学家利用基因工程来把一个特殊DNA链引入到目标神经元,从而导致细胞产生一个热激活的离子通道。然后,研究人员将特制的磁性纳米颗粒注入到大脑的同一区域,这些纳米颗粒沾附在目标神经元的表面上,形成像洋葱皮一样的薄覆盖层。

当将交变磁场施加到大脑时,磁场将会使纳米颗粒的磁化快速翻转,以产生加热靶细胞的热量。热量迫使对温度敏感的离子通道打开,以实现对神经元的刺激。

目前已存在的磁脉冲技术,主要用于有目的地触发大脑活动,以治疗偏头痛并改善记忆力。一种称为经颅磁刺激的技术是利用磁性线圈放置在颅骨上以触发特定的大脑活动;另一种称为光遗传学的技术,它是利用光脉冲与神经元的相互作用来实现对神经元的刺激与调控,其中涉及的神经元是经过基因工程改造的,对光有所感应。

不同于已存在的这些技术,该研究团队采用的磁铁诱导热量来激活特定的神经元的技术具有多项优点。

对此,研究员Arnd Pralle表示:“使用我们的方法,可以针对一小部分细胞进行操作,操作精度可以达到100微米,大约是人头发的宽度。”

此外,Pralle还表示,在刺激方式上,磁热刺激比其他深层脑刺激方法要好。以光遗传学技术为例,它是使用光而不是磁力或热来激活细胞的,故而通常需要在大脑中植入微小的光纤电缆。而磁热刺激则是远程完成的,与光遗传学技术相比,它的侵入性较小。实验表明,即使在小鼠的大脑被刺激了几次之后,目标神经元也没有显示出损伤的迹象。

据了解,Pralle正在与马萨诸塞理工学院研究员Polina Anikeeva博士和哈佛医学院开展此项目。研究团队表示,下一步将使用磁热刺激来同时操控小鼠大脑的多个区域。

原文发布于微信公众号 - 镁客网(im2maker)

原文发表时间:2017-08-18

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