Mengesan Aliran Maklumat dalam Otak

Para saintis di MIT telah merekayasa penderia kalsium bersaiz nano yang akhirnya boleh memberi penerangan tentang komunikasi sel-ke-sel yang rumit yang membentuk pemikiran manusia. Alan Jasanoff dan pasukannya di Makmal Magnet Francis Bitter dan Institut Penyelidikan Otak McGovern telah mendapati bahawa pengesanan kalsium, penghantar utama dalam otak, mungkin merupakan cara yang lebih tepat untuk mengukur aktiviti saraf, berbanding dengan teknik pengimejan semasa, seperti magnet berfungsi tradisional. pengimejan resonans (fMRI).



bagaimana untuk melombong asteroid

Apabila neuron terbakar, ia membebaskan kalsium. Alan Jasanoff di Institut McGovern di MIT menggunakan pemerhatian ini untuk membangunkan cara baharu untuk menggambarkan aktiviti otak menggunakan fMRI. Nanopartikel superparamagnetik (diilustrasikan di sini) diliputi dengan protein (merah dan hijau) yang terkumpul apabila kalsium dibebaskan oleh neuron. Pengagregatan zarah ini boleh dikesan oleh magnet MRI.

FMRI menggunakan magnet yang kuat untuk mengesan aliran darah di dalam otak, membolehkan penyelidik melihat otak manusia bertindak. Melalui siri syot kilat pantas, saintis boleh memerhati kawasan utama otak seseorang yang menyala sebagai tindak balas kepada tugas atau arahan yang diberikan. Teknologi ini telah digunakan untuk menentukan bahagian otak yang terlibat dalam segala-galanya daripada kemahiran motor dan lisan asas kepada keadaan kognitif yang lebih samar seperti cemburu, penipuan, dan moral.





Malangnya, fMRI, seperti yang digunakan hari ini, mempunyai kelemahan utama: ia mengukur aliran darah, atau hemodinamik, yang merupakan ukuran tidak langsung aktiviti sel saraf. Ternyata hemodinamik pada dasarnya memperkenalkan kelewatan selama lima saat, kata Jasanoff. Ia menghalang anda daripada dapat mengesan variasi pantas [dalam aktiviti saraf].

Memandangkan neuron biasanya menyala mengikut urutan milisaat, teknik fMRI semasa hanya memberikan anggaran kasar tentang apa yang dilakukan oleh otak pada bila-bila masa tertentu. Imbasan FMRI juga mempunyai resolusi spatial yang agak rendah, mengukur aktiviti dalam kawasan 100 mikron, volum yang biasanya mengandungi 10,000 neuron, setiap satu dengan corak pengaktifan yang berbeza-beza.

Usaha untuk memperhalusi fMRI telah menumpukan pada membangunkan magnet yang lebih kuat dan pemahaman yang lebih baik tentang aliran darah dan hubungannya dengan aktiviti otak.



Tetapi Jasanoff percaya ada cara yang lebih baik dan lebih tepat untuk menjejaki aktiviti saraf. Dia dan pasukannya melihat kalsium sebagai ukuran langsung penembakan neuron. Apabila neuron menghantar impuls elektrik ke neuron lain, saluran khusus kalsium dalam membran neuron terbuka serta-merta, membiarkan kalsium mengalir ke dalam sel. Ia adalah perubahan isyarat yang sangat dramatik, kata Jasanoff.

Penderia kalsium pendarfluor telah digunakan dalam pengimejan optik cetek, tetapi masih belum digunakan pada tisu otak yang lebih dalam yang boleh diakses melalui magnet berkuasa mesin fMRI. Untuk itu, makmal Jasanoff menetapkan tentang mereka bentuk sensor kalsium yang boleh dikesan melalui fMRI. Untuk melakukan ini, mereka menggabungkan penderia dengan nanopartikel besi oksida superparamagnet–pada asasnya, magnet bersaiz molekul yang boleh diambil oleh fMRI sebagai imej kontras tinggi.

Sensor itu sendiri terdiri daripada dua nanopartikel berasingan, masing-masing disalut dengan protein berbeza: calmodulin dan M13. Dengan kehadiran kalsium, kedua-dua protein ini mengikat bersama. Pada asasnya…kami mencipta dua set bola Velcro, kata Jasanoff. Satu mempunyai cangkuk dan satu mempunyai gelung, dan ia hanya menjadi bebola Velcro dengan kehadiran kalsium. Protein menjadi terpisah apabila kalsium hilang, sifat yang mungkin berguna dalam mentafsir aliran aktiviti elektrik dalam litar neuron semasa tugasan yang diberikan-sesuatu yang tidak mungkin dengan fMRI hari ini.

Penyelidikan Jasanoff hanyalah langkah pertama ke arah matlamat itu. Setakat ini, dia telah menguji sensor dalam larutan tabung uji dengan dan tanpa kalsium, mengimbas interaksi dengan MRI. Keputusan awal, diterbitkan dalam terbitan baru-baru ini Prosiding Akademi Sains Kebangsaan, menjanjikan: imbasan dapat mengambil imej kontras tinggi bagi bebola seperti Velcro yang berkelompok dengan kehadiran kalsium. Walaupun imej hanya boleh dilihat selepas beberapa saat, atau bahkan beberapa minit, Jasanoff berkata penderia itu sangat boleh diubah suai, dan dia merancang untuk menambah baik tindak balas masanya dalam percubaan akan datang. Buat masa ini, dia merancang untuk menyuntik sensor kalsium ke dalam sel tunggal lalat dan akhirnya tikus.



Pemerhati luar suka Greg Sorensen dari Sekolah Perubatan Harvard berhati-hati optimis tentang generasi baru pengimejan otak ini, terutamanya untuk aplikasi manusia. Sorensen, seorang profesor radiologi bersekutu, memberi tumpuan kepada menggunakan teknik pengimejan novel untuk rawatan penyakit saraf.

Zarah oksida besi intraselular dalam beberapa kajian mempunyai profil keselamatan yang tidak menguntungkan pada manusia, kata Sorensen. Jika kita mengetahui bahawa kaedah ini mempunyai beberapa risiko tetapi sebagai pertukaran boleh mengenal pasti rawatan terbaik untuk, katakan, skizofrenia, maka risiko itu mungkin berbaloi dengan manfaatnya.

bersembunyi

Teknologi Sebenar

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Dasar Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Lembah Silikon

Pengkomputeran

Majalah Mit News

Kecerdasan Buatan

Angkasa Lepas

Angkasa

Bandar Pintar

Rantaian Sekat

Cerita Ciri

Profil Alumni

Sambungan Alumni

Ciri Mit News

1865

Pandangan Saya

77 Mass Ave

Bertemu Penulis

Profil Dalam Kemurahan Hati

Kelihatan Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pilihanraya 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Majalah Berita Mit

Hos Pemadam Api

Cerita Yang Tidak Terhingga

Projek Teknologi Pandemik

Daripada Presiden

Muka Depan Cerita

Galeri Gambar

Disyorkan