ثبت فعالیت نورون هنگام حرکت انسان

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، فناوری های جدید می توانند تحقیقات در زمینه های مختلف از جمله پزشکی و علوم اعصاب را پیشرفت دهند. برای مثال، در سال های اخیر، مهندسان دستگاه های پیچیده تری را برای ثبت فعالیت مغز و سایر سیگنال های بیولوژیکی با دقت بالا ایجاد کرده اند. یک تیم تحقیقاتی چند رشته ای در دانشگاه کالیفرنیا، لس آنجلس (UCLA) و سایر مؤسسات در ایالات متحده اخیراً Neuro-stack را توسعه داده اند، یک فناوری جدید که می تواند فعالیت تک نورون های مغز انسان را ثبت کند. راه رفتن یا حرکت کردن این دستگاه که در مقاله منتشر شده در Nature Neuroscience ارائه شده است، می تواند به جمع آوری بینش ارزشمند در مورد فعالیت عصبی در حین راه رفتن کمک کند و در عین حال به طور بالقوه درمان اختلالات مغزی را نیز بهبود بخشد.

Neuro-stack، دستگاهی که مارکوویچ و همکارانش ساخته اند، تقریباً به اندازه یک کارت است که بسیار کوچکتر از دستگاه های موجود برای ثبت فعالیت تک نورون است. این باعث می شود که آنها به ویژه برای آزمایش ها مناسب باشند، که در آن شرکت کنندگان انسانی در حال حرکت پویا هستند. به عبارت ساده، دستگاه به مغز گوش می دهد و با مغز صحبت می کند. منحصربه فردترین ویژگی آن، توانایی ثبت تک نورون ها در انسان هایی است که آزادانه در حال حرکت هستند. یکی دیگر از ویژگی های مهم، شکل دهی تحریک بسیار قابل تنظیم و همچنین زمان بندی تحریک نسبت به فاز فعالیت تتا است.
هنگامی که انسان دستگاه را در دست می گیرد، دستگاه فعالیت تک نورون ها را با وضوح بالا ثبت می کند. علاوه بر این، سیستم Neuro-stack همچنین می تواند نورون های مغز را از طریق یک سری الکترودهای استراتژیک تحریک کند. این تحریکات را می توان به راحتی و از راه دور برای بررسی یا درمان شرایط خاص مغز برنامه ریزی کرد. مهم ترین کمک، توانایی کشف عملکرد مغز در طی رفتارهای طبیعی در انسان در سطح تک نورون ها است. قبلاً چنین مطالعاتی فقط در مدل های حیوانی امکان پذیر بود، بنابراین این فناوری فرصتی برای پل زدن چندین دهه یافته های علوم اعصاب در میان گونه ها فراهم می کند. مارکوویچ و همکارانش در ابتدا دستگاه خود را در یک محیط آزمایشگاهی آزمایش کردند. پس از تایید طراحی آن، آنها یک سری ارزیابی در دنیای واقعی بر روی بیماران مبتلا به صرع انجام دادند. این بیماران تحت یک عمل جراحی قرار گرفته بودند که طی آن تعدادی الکترود در عمق مغز آنها به عنوان درمان تشنج های صرع آنها کاشته شد. این تیم با موفقیت از Neuro-stack برای ثبت فعالیت تک نورون ها در مغز این بیماران با وضوح بالا و ارائه تحریک الکتریکی دقیق زمان بندی شده استفاده کرد. علاوه بر این، محققان از دستگاه خود برای ثبت فعالیت تک نورون و پتانسیل میدانی موضعی (LFP) در حین راه رفتن انسان استفاده کردند.

در آینده، Neuro-stack می تواند به پیشرفت تحقیقات در زمینه کشف اساس عصبی فیزیولوژیکی بیماری های انسانی کمک کند، در حالی که به طور بالقوه درمان های عصبی پیشرفته تری را برای اختلالات مغزی ممکن می سازد. در همین حال، مارکوویچ و همکارانش در حال برنامه ریزی برای ایجاد دستگاه های ارتقا یافته دیگری بر اساس طراحی Neuro-stack هستند که می تواند استقرار فناوری آنها را در تنظیمات بالینی تسهیل کند. این دستگاه های جدید ما را قادر می سازد تا یک پلتفرم داده برای توسعه تحقیق و درمان ایجاد کنیم. این دستگاه برای اختلالات مغزی مبتنی بر شبکه به شکل ایمپلنت تبدیل خواهد شد، که ما قبلاً تجربه آن را داریم. پلت فرم داده و دستگاه قابل کاشت مسیرهایی را برای درمان نشانه های مختلف در آینده باز می کند. در نهایت، ما ایمپلنت های کم تهاجمی را تصور می کنیم. که به طور گسترده در دسترس خواهد بود.