Имплантированное беспроводное устройство вызывает у мышей мгновенную связь

Исследователи Северо-Западного университета строят социальные связи с помощью лучей света.

Впервые в истории инженеры и нейробиологи Северо-Запада запрограммировали по беспроводной связи — а затем депрограммировали — мышей для социального взаимодействия друг с другом в реальном времени. Это достижение стало возможным благодаря первому в своем роде сверхминиатюрному, беспроводному, безбатарейному и полностью имплантируемому устройству, которое использует свет для активации нейронов.

Это исследование — первая статья по оптогенетике (метод управления нейронами с помощью света), в которой изучаются социальные взаимодействия внутри групп животных, что ранее было невозможно с современными технологиями.

Исследование будет опубликовано 10 мая в журнале Nature Neuroscience .

Тонкий, гибкий имплантат с беспроводной связью позволяет мышам нормально выглядеть и вести себя нормально в реалистичных условиях, что позволяет исследователям наблюдать за ними в естественных условиях. Предыдущие исследования с использованием оптогенетики требовали волоконно-оптических проводов, которые ограничивали движения мышей и заставляли их запутываться во время социальных взаимодействий или в сложных условиях.

«Благодаря предыдущим технологиям мы не могли наблюдать нескольких животных, социально взаимодействующих в сложной среде, потому что они были привязаны», — сказала нейробиолог Северо-Запада Евгения Козоровицкая, разработавшая эксперимент. «Волокна ломались, или животные запутывались. Чтобы задать более сложные вопросы о поведении животных в реалистичных условиях, нам нужна была эта инновационная беспроводная технология. Уйти от привязи — это потрясающе».

«Эта статья представляет собой первый случай, когда мы смогли создать беспроводные имплантаты без батарей для оптогенетики с полным, независимым цифровым контролем над несколькими устройствами одновременно в заданной среде», — сказал пионер биоэлектроники Северо-Запада Джон А. Роджерс, возглавлявший группу развитие технологий. «Активность мозга изолированного животного интересна, но выход за рамки исследований на отдельных людях и изучение сложных, социально взаимодействующих групп является одним из наиболее важных и захватывающих рубежей в нейробиологии. Теперь у нас есть технология, позволяющая исследовать, как формируются и разрываются связи между людьми. в этих группах и изучить, как социальные иерархии возникают из этих взаимодействий ».

Козоровицкий — профессор-исследователь молекулярной биологии Соретты и Генри Шапиро и доцент нейробиологии Северо-Западного колледжа искусств и наук Вайнберга. Также она является членом Института химии жизненных процессов. Роджерс — профессор кафедры материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и неврологической хирургии Луи Симпсона и Кимберли Кверри в Школе инженерии Маккормика и Медицинской школе Файнберга Северо-Западного университета, а также директором Института биоэлектроники Кверри Симпсона.

Козоровицкий и Роджерс руководили работой с Юнган Хуанг, профессором машиностроения в McCormick Яном и Марсией Ахенбах, и Чжаоцянь Се, профессором инженерной механики Даляньского технологического университета в Китае. Соавторами статьи являются Ииюань Ян, Минчжэн Ву и Абрахам Васкес-Гуардадо — все они на Северо-Западе.