Pouzdano praćenje i manipulisanje nervnim sistemom sisara u laboratorijskim ili kliničkim okruženjima omogućava neuronaučnicima da testiraju svoje hipoteze, što može dovesti do novih važnih otkrića. Najpoznatije i široko korišćene tehnologije za proučavanje mozga koriste elektrode, uređaje koji mogu da prate ili stimulišu električnu aktivnost u svom okruženju.
Ipak, nedavne studije na miševima, neljudskim primatima i drugim sisarima takođe su istakle obećanje optičkih i optogenetskih tehnika za proučavanje aktivnosti neurona u mozgu sisara. Prednost optičkih tehnika je u tome što mogu da ciljaju specifične neuronske populacije sa visokim nivoom preciznosti, na većim udaljenostima i šireći se preko većih kortikalnih oblasti, omogućavajući neuronaučnicima da pažljivo prate i moduliraju neuronsku aktivnost.
Uprkos svom potencijalu, ove tehnike se obično oslanjaju na upotrebu glomaznih i sofisticiranih laboratorijskih instrumenata, kao što su stoni mikroskopi. Neki kompjuterski naučnici i inženjeri pokušali su da uvedu manje glomazna i pristupačnija rešenja, kao što su minijaturni mikroskopi bez sočiva koji snimaju i digitalno rekonstruišu slike vršenjem proračuna. Ipak, čak i ova rešenja imaju ograničenja, kao što su niže rezolucije od optičkih tehnika zasnovanih na sočivima i veći zahtevi za računanjem.
Istraživači sa Univerziteta Kolumbija, Univerziteta u Njujorku i drugih instituta nedavno su razvili novi subdermalni optički uređaj koji bi se mogao koristiti za praćenje i stimulaciju mozga sa većom preciznošću. Ovaj uređaj, predstavljen u radu u časopisu Prirodna elektronika, oslanja se na komplementarnu optičku sondu zasnovanu na metal-oksidnim poluprovodnicima (CMOS).
„Postojao je značajan napredak u minijaturizaciji mikroskopa za konfiguracije montirane na glavu, ali postojeći uređaji su glomazni i njihova primena kod ljudi će zahtevati neinvazivniji, potpuno implantabilni faktor forme“, napisali su Eric H. Pollmann, Heiu Iin i njihove kolege u njihovom listu. „Izveštavamo o ultratankom, minijaturizovanom subduralnom CMOS optičkom uređaju za dvosmernu optičku stimulaciju i snimanje.“
Optička sonda na kojoj se zasniva uređaj tima, nazvana SCOPe, sastoji se od fleksibilnog, tankog minijaturnog mikroskopa bez sočiva, kao i optičkog stimulatora. Primetno je da je sonda dovoljno tanka da stane u subduralni prostor mozga primata; usko područje između dva sloja tkiva koje pokrivaju mozak sisara, poznato kao dura mater i arahnoidna mater.
„Koristimo prilagođeno integrisano kolo specifično za CMOS aplikacije koje je sposobno i za fluorescentno snimanje i za optogenetsku stimulaciju, stvarajući sondu ukupne debljine manje od 200 µm, koja je dovoljno tanka da u potpunosti leži unutar subduralnog prostora mozga primata. “, napisali su Polman, Jin i njihove kolege. „Pokazali smo da se uređaj može koristiti za snimanje i optičku stimulaciju u modelu miša i da se može koristiti za dekodiranje brzine kretanja kod primata koji nije čovek.“
Kao deo svoje studije, istraživači su testirali svoj uređaj na miševima, uspešno demonstrirajući njegovo obećanje i za snimanje i za optičku stimulaciju mozga miša. Nakon toga, oni su takođe koristili svoj uređaj za proučavanje aktivnosti neurona u motornom korteksu neljudskih primata.
Rezultati prikupljeni u njihovim početnim testovima bili su veoma obećavajući, jer im je uređaj omogućio da snime ceo region mozga od interesa, a istovremeno im je omogućio da povežu pokrete životinja sa moždanom aktivnošću. U budućnosti, ova nova obećavajuća tehnologija mogla bi da otvori zanimljive mogućnosti za istraživanje, omogućavajući drugim neuronaučnicima da precizno manipulišu i prate aktivnost specifičnih neurona na manje invazivan način u mozgu životinja dok se bave određenim aktivnostima.
