光遗传学是一种生物技术，它使用光来打开或关闭大脑中特定的神经元组。例如，研究人员可能会使用光遗传学刺激来恢复运动，以防瘫痪，或者在将来，关闭导致疼痛的大脑或脊柱区域，从而消除了对阿片类药物和其他止痛药。
“我们正在使用这些工具来了解大脑的不同部分如何工作，”古特鲁夫说。“光遗传学的优势在于您具有细胞特异性：您可以针对特定的神经元群，并在整个大脑范围内研究它们的功能和关系。”
在光遗传学中，研究人员用称为视蛋白的蛋白加载特定的神经元，该蛋白将光转换为构成神经元功能的电位。当研究人员将光线照射到大脑区域时，它只会激活视蛋白加载的神经元。
光遗传学的第一个迭代涉及通过光纤将光发送到大脑，这意味着将测试对象物理地束缚在控制站上。研究人员继续使用无线电子技术开发无电池技术，这意味着受试者可以自由移动。
但是这些设备仍然有其自身的局限性-它们体积庞大且通常可见地连接在颅骨外部，它们无法精确控制光的频率或强度，并且一次只能刺激一个大脑区域。
掌握更多控制权，减少空间
“通过这项研究，我们进一步走了两到三个步骤，”古特鲁夫说。“我们能够对发射的光的强度和频率进行数字控制，并且设备非常小型化，因此可以将它们植入头皮下。我们还可以独立刺激同一受试者大脑中的多个位置，这在以前是不可能的。”
控制光线强度的能力至关重要，因为它使研究人员能够精确控制光线所影响的大脑的数量-光线越亮，到达的距离就越远。另外，控制光的强度意味着控制光源产生的热量，并避免意外激活被热量激活的神经元。
无线，无电池的植入物由外部振荡磁场提供动力，尽管具有先进的功能，但其体积并没有比过去的版本大或重。此外，新的天线设计消除了过去版本的光遗传学设备所面临的问题，在该问题中，传输到设备的信号强度根据大脑的角度而变化：受试者会转动头，信号会削弱。
“这个系统在一个外壳中有两个天线，我们可以非常快速地来回切换信号，因此我们可以在任何方向上为植入物供电，”古特鲁夫说。“将来，这项技术可以提供无需电池的植入物，而无需移除或更换该装置，就可以提供不间断的刺激，与目前的起搏器或刺激技术相比，其侵入性手术更少。”
该设备植入了类似于外科手术的简单外科手术，在人工外科手术中，人类都装有神经刺激器或“大脑起搏器”。它们不会对受试者造成不良影响，并且其功能不会随着时间的推移而在体内退化。这可能会对起搏器等医疗设备产生影响，这些设备目前需要每五到十五年更换一次。
该论文还证明，植入这些设备的动物可以通过计算机断层扫描或CT和磁共振成像或MRI安全地成像，从而可以深入了解临床相关参数，例如骨骼和组织的状态以及植入物的位置。装置。
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