211service.com
Nanorörsprob ger en enskild neurons syn på hjärnaktivitet
Ett litet spjut gjord av kolnanorör kan undersöka den interna elektriska aktiviteten hos en enskild neuron, vilket ger forskarna en mer raffinerad titt på hur hjärnceller svarar på signaler från sina närliggande celler. Att undersöka hjärnan vid denna upplösning kan vara avgörande för ansträngningarna att förstå och kartlägga dess funktion i ny detalj (se Why Obama's Brain-Mapping Project Matters).
Haka på: Ett mikrofotografi visar en ny hjärnelektrod som är tunn och tillräckligt lång för att registrera inifrån en enda neuron.
Neuronharpunerna är bara 5 till 10 mikrometer breda och kan genomborra en levande cell för att mäta elektriska förändringar associerade med neuronal signalering. I dissekerade skivor av fortfarande aktiv mushjärnvävnad kunde forskare vid Duke University spela in inifrån en enda neuron åt gången.
Såvitt vi vet visar vår uppsats den första intracellulära inspelningen med kolnanorör från ryggradsdjursneuroner, säger Bruce Donald , en biokemist och datavetare vid Duke University och författare om studie, som publicerades i PLoS ETT på onsdag.
Kolnanorör har många önskvärda egenskaper för hjärninspelningar, säger Donald: de är starka, de är kompatibla med kroppsvävnader och de leder elektricitet bra. Men tidigare enheter byggda av kolnanorör har varit för korta eller breda för att vara väl lämpade för inspelning inuti celler. Sonderna som byggdes av Duke-forskarna var dock cirka en millimeter långa och lämpade sig för att övervaka elektrisk aktivitet mer exakt än typiska glas- eller metallelektroduppsättningar.
Skarp ände: Neuro-harpunen kommer till en mycket fin punkt.
Teamet kunde upptäcka små förändringar i elektrisk aktivitet i cellen - förändringar som motsvarar insignalerna som neuronen fick från andra neuroner. En genomsnittlig kortikal neuron kan ta emot signaler från cirka 10 000 andra neuroner, säger Richard Mooney , en neuroscientist vid Duke University och en författare om studien. Individuellt genererar de väldigt små signaler, säger han. Tillsammans beräknas insamlingen av signaler av den mottagande neuronen när den bestämmer om den ska skjuta eller inte.
Intracellulära inspelningar kan vara användbara för att kartlägga de funktionella kopplingarna mellan neuroner, ett mål för det nyligen lanserade BRAIN-initiativet (se The Brain Activity Map ). Genom att kunna titta in i cellen och mäta små spänningsförändringar får du tillgång till nätverket som pratar med den cellen, säg Mooney.
Forskarna använde en smart teknik för att bygga sin enhet, säger Takashi Kozai , en neural ingenjör som inte var involverad i studien. Med början på spetsen av en volframtråd byggde de upp en lång nålliknande sond gjord av trassliga kolnanorör. Sedan belade de sonden med ett isolerande material och använde en fokuserad stråle av joner för att bombardera spetsen, tog bort isoleringen från det området och rakade den till en fin punkt.
Med den här tekniken kan du göra [sonder] så länge du vill, säger Kozai, som också utvecklar mikroskopiska elektroder för att registrera neuronaktivitet (se A Carbon Microthread That Makes Contact with the Mind ). Arbetet skapar förutsättningar för att göra ännu smalare enheter, kanske i storleksordningen 100 nanometer istället för mikron, säger han.
Förutom dissekerade hjärnskivorna testade teamet sin tunna elektrod i sövda möss, även om de inte kunde få inspelningar inifrån hjärncellerna hos dessa djur. Men om framtida versioner av nanorörsspetsen är ännu vassare kan de kanske bättre tränga igenom celler i mjuka och svampiga hjärnor, säger Kozai. Om det är möjligt, och om enheten är stabil i levande hjärnor över tid, kan den hjälpa forskare att utforska hur den levande hjärnan lär sig och minns.
Om de stabilt kan spela in från samma cell i längdriktningen, säger Kozai, kan det användas för att kartlägga hur neuroner förändras under minnesbildning och inlärning.