211service.com
Nanobuis-sonde geeft de hersenactiviteit van een enkel neuron weer
Een kleine speer gemaakt van koolstofnanobuisjes kan de interne elektrische activiteit van een enkel neuron onderzoeken, waardoor onderzoekers een meer verfijnde kijk krijgen op hoe hersencellen reageren op signalen van hun naburige cellen. Het onderzoeken van de hersenen met deze resolutie kan van vitaal belang zijn voor pogingen om de functie ervan in nieuw detail te begrijpen en in kaart te brengen (zie Waarom Obama's Brain-Mapping Project ertoe doet).
Aanhaken: Een microfoto toont een nieuwe hersenelektrode die dun en lang genoeg is om vanuit een enkel neuron op te nemen.
De neuronenharpoenen zijn slechts 5 tot 10 micrometer breed en kunnen een levende cel doorboren om elektrische veranderingen te meten die verband houden met neuronale signalering. In ontlede plakjes nog steeds actief muizenhersenweefsel konden onderzoekers van Duke University vanuit één neuron tegelijk opnemen.
Voor zover wij weten, toont ons artikel de eerste intracellulaire opname met koolstofnanobuisjes van gewervelde neuronen, zegt Bruce Donald , een biochemicus en computerwetenschapper aan de Duke University en auteur van de studie, die werd gepubliceerd in PLoS ONE op woensdag.
Koolstofnanobuisjes hebben veel gewenste eigenschappen voor hersenopnames, zegt Donald: ze zijn sterk, ze zijn compatibel met lichaamsweefsels en ze geleiden elektriciteit goed. Maar eerdere apparaten die waren gemaakt van koolstofnanobuisjes waren te kort of te breed om goed geschikt te zijn voor opname in cellen. De sondes die door de Duke-onderzoekers werden gebouwd, waren echter ongeveer een millimeter lang en leenden zichzelf om elektrische activiteit nauwkeuriger te volgen dan typische opstellingen van glazen of metalen elektroden.
Scherp einde: De neuro-harpoen komt op een heel fijn punt.
Het team was in staat om kleine veranderingen in elektrische activiteit in de cel te detecteren - veranderingen die overeenkomen met de invoersignalen die het neuron van andere neuronen ontving. Een gemiddeld corticaal neuron kan signalen ontvangen van ongeveer 10.000 andere neuronen, zegt Richard Mooney , een neurowetenschapper aan de Duke University en een auteur van het onderzoek. Die genereren afzonderlijk heel kleine signalen, zegt hij. Samen wordt de verzameling signalen berekend door het ontvangende neuron terwijl het beslist om al dan niet te vuren.
Intracellulaire opnames kunnen nuttig zijn om de functionele verbindingen tussen neuronen in kaart te brengen, een doel van het onlangs gelanceerde BRAIN-initiatief (zie The Brain Activity Map). Door in de cel te kunnen kijken en kleine spanningsveranderingen te meten, krijg je toegang tot het netwerk dat met die cel praat, zeg Mooney.
De onderzoekers gebruikten een slimme techniek om hun apparaat te bouwen, zegt Takashi Kozai , een neurale ingenieur die niet bij het onderzoek betrokken was. Beginnend bij het uiteinde van een wolfraamdraad bouwden ze een lange naaldachtige sonde op gemaakt van verwarde koolstofnanobuisjes. Daarna bedekten ze de sonde met een isolerend materiaal en gebruikten een gerichte bundel ionen om de punt te bombarderen, de isolatie van dat gebied te verwijderen en het tot een fijne punt te scheren.
Met deze techniek kun je [sondes] zo lang maken als je wilt, zegt Kozai, die ook microscopisch kleine elektroden ontwikkelt om neuronactiviteit vast te leggen (zie A Carbon Microthread That Makes Contact with the Mind). Het werk vormt de basis voor het maken van nog smallere apparaten, misschien in de orde van 100 nanometer in plaats van micron, zegt hij.
Naast ontlede hersenplakjes, testte het team hun dunne elektrode in verdoofde muizen, hoewel ze geen opnames konden verkrijgen vanuit de hersencellen van deze dieren. Als toekomstige versies van de nanobuistip echter nog scherper zijn, kunnen ze mogelijk beter cellen doorboren in zachte en sponsachtige hersenen, zegt Kozai. Als dat mogelijk is, en als het apparaat in de loop van de tijd stabiel is in levende hersenen, kan het onderzoekers helpen te onderzoeken hoe het levende brein leert en onthoudt.
Als ze stabiel in de lengterichting van dezelfde cel kunnen opnemen, zegt Kozai, kan het worden toegepast om in kaart te brengen hoe neuronen veranderen tijdens geheugenvorming en leren.