Une équipe de recherche composée de scientifiques de certaines des meilleures institutions américaines a démontré une technologie sans fil capable de surveiller les neurones du cerveau d’une mouche en moins d’une seconde, selon un communiqué de presse institutionnel.
Avec les progrès dans notre compréhension du fonctionnement de notre cerveau, les scientifiques cherchent des moyens d’exploiter cette fonctionnalité pour atteindre des objectifs auparavant inimaginables. Par exemple, un projet de recherche financé par la National Science Foundation (NSF) et la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) vise à développer une technologie de casque qui peut non seulement lire l’activité neuronale du cerveau, mais aussi la signaler à une autre personne. .personne peut écrire.
Le programme, appelé Magnetic, Optical, Acoustic Neural Access (MOANA), vise à développer un casque sans fil qui peut faciliter la communication cerveau à cerveau de manière non chirurgicale. Jacob Robinson, professeur agrégé à l’Université Rice, est l’un des chercheurs travaillant sur le projet, et son équipe a développé une méthode pour pirater le cerveau des mouches sans fil.
Comment les chercheurs ont-ils piraté les cerveaux des mouches ?
L’équipe de recherche a utilisé le génie génétique pour exprimer un canal ionique spécial dans les cellules neuronales des mouches, qui peut être activé par la chaleur. Lorsque le canal ionique est activé, les mouches déploient leurs ailes, comme elles le feraient dans le cadre de leur geste d’accouplement.
Pour activer le canal à volonté, les chercheurs ont ensuite injecté aux mouches expérimentales des nanoparticules pouvant être chauffées en appliquant un champ magnétique. Les mouches génétiquement modifiées ont ensuite été introduites dans un boîtier avec un électroaimant sur le dessus et une caméra pour enregistrer les mouvements des mouches.
Lorsque les chercheurs ont activé l’électroaimant, le champ électrique a chauffé les nanoparticules, activant les neurones, provoquant le déploiement des ailes des mouches, comme le montre la courte vidéo ci-dessous.
Lors de l’analyse de la vidéo des expériences, les chercheurs ont également constaté que le laps de temps entre l’activation de l’électroaimant et le déploiement des ailes était inférieur à une demi-seconde.
« En réunissant des experts en génie génétique, en nanotechnologie et en génie électrique, nous avons pu rassembler toutes les pièces et prouver que cette idée fonctionne », a déclaré Robinson dans le communiqué de presse.
Que se passe-t-il maintenant ?
Robinson est convaincu que cette capacité à activer précisément les cellules sera utile pour étudier le cerveau, développer la technologie de communication cérébrale et traiter les troubles liés au cerveau.
L’équipe se concentre sur le développement d’une technologie qui aidera les gens à retrouver leur vue, même lorsque leurs yeux ne fonctionnent pas. Ils visent à atteindre cet objectif en stimulant les zones du cerveau associées à la vision pour fournir un sens de la vision en l’absence d’yeux fonctionnels.
« Pour atteindre la précision naturelle du cerveau, nous devons probablement obtenir une réponse de quelques centièmes de seconde. Il reste donc encore du chemin à parcourir », a ajouté Robinson. « L’objectif à long terme de ce travail est de créer des méthodes pour activer des régions spécifiques du cerveau chez l’homme à des fins thérapeutiques sans jamais avoir à effectuer de chirurgie. »
Le travail réalisé en collaboration avec des chercheurs de l’Université Brown et de l’Université Duke est publié dans la revue Matériaux naturels.
Résumé
L’activation chronométrée avec précision des cellules génétiquement ciblées est un outil puissant pour l’étude des circuits neuronaux et le contrôle des thérapies cellulaires. Le contrôle magnétique de l’activité cellulaire, ou « magnétogénétique », utilisant le chauffage magnétique par nanoparticules des canaux ioniques sensibles à la température, permet une activation externe non invasive des neurones pour des applications dans les tissus profonds et des études de comportement animal libre. Cependant, le temps de réponse in vivo de la magnétogénétique thermique est actuellement de plusieurs dizaines de secondes, ce qui empêche une modulation temporelle précise de l’activité neuronale. De plus, la magnétogénétique n’a pas encore atteint la stimulation multiplexée in vivo de différents groupes de neurones. Ici, nous produisons des réponses comportementales de moins d’une seconde en Drosophile melanogaster en combinant des nanoparticules magnétiques avec un thermorécepteur sensible à la vitesse (TRPA1-A). De plus, en ajustant les nanoparticules magnétiques pour répondre à différentes intensités et fréquences de champ magnétique, nous obtenons une stimulation multicanal inférieure à la seconde. Ces résultats rapprochent la magnétogénétique de la résolution temporelle et de la stimulation multiplexée possibles avec l’optogénétique, tout en maintenant l’invasivité minimale et la stimulation des tissus profonds uniquement possibles avec le contrôle magnétique.
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