طراحی نانوپروب‌های عصبی برای ثبت فشرده و سه‌بعدی فعالیت مغز

عملکرد مغز مانند ادراک، یادگیری، حافظه و محاسبات در مغز شامل فعالیت هماهنگ جمعیت عظیمی از سلول‌های عصبی است که در سراسر مغز توزیع شده‌اند. امروزه با وجود پیشرفت فناوری، ردیابی فعالیت عصبی در مغز حیوانات سالم با قدرت تفکیک زمانی و فضایی بالا چالش برانگیز است. یکی از موانع اساسی برای درک این فعالیت‌ها مساله اندازه‌گیری فعالیت جمعیت‌های بزرگ نورون‌های توزیع‌شده در مغز است. الکتروفیزیولوژی به‌دلیل «اندازه‌گیری مستقیم فعالیت الکتریکی نورون‌ها به‌طور مستقیم، رزولوشن زمانی بالا و با قدرت اندازه‌گیری سریع جزئیات فعالیت نورون‌ها» یک استاندارد طلایی برای نظارت بر فعالیت مغز است. اشکال اصلی تکنیک الکتروفیزیولوژی استفاده از الکترودهای تهاجمی برای ضبط سیگنال و در نتیجه ایجاد محدودیت در رزولوشن و قدرت تفکیک سه‌بعدی فعالیت‌های مغزی است. تحقیقات روی پروب‌های الکتریکی به‌منظور غلبه بر این چالش‌ها با افزایش تعداد سایت‌های ضبط‌کننده سیگنال در حالی که حالت تهاجمی به حداقل رسیده باشد، متمرکز شده است. خود این روش‌ها ذاتا چالش‌های جدیدی به همراه خواهند داشت. پروب کوچک‌تر با ابعادی که جابه‌جایی بافت را به حداقل برساند، باعث کاهش سطح و حجم موثر برای سایت‌های الکترود، اتصالات و اجزای مدار می‌شود. یکی دیگر از چالش‌های موجود در روش‌های الکتروفیزیولوژی استفاده از ترکیبات زیست‌سازگار و انعطاف‌پذیر است که در تماس مستقیم با بافت‌های مغزی قرار می‌گیرند.

000

اخیرا گروهی از محققان در پاسادینا کالیفرنیا یک آرایه الکترودی فشرده ماژولار، سه‌بعدی و قابل کوچک‌سازی با هدف الکتروفیزیولوژی طراحی نموده‌اند که چالش‌های اشاره‌شده را برطرف نموده است. قسمت جلویی این سیستم از تعداد زیادی نانوفیبر با تراکم سطحی بالا به‌عنوان روبشگرهای عصبی غیرمخرب تشکیل شده است که روی آرایه‌های دوبعدی قرار گرفته‌اند. در نهایت آرایه‌های دوبعدی با استفاده از کانکتورهای نانومقیاس به‌صورت یک آرایه سه‌بعدی در یک ساختار دقیق با هزاران سایت ثبت‌کننده سیگنال یکپارچه شده است. طراحی این آرایه سه‌بعدی به‌گونه‌ای است که ردیابی غیرمخرب فعالیت عصبی مغز را با مقیاس و قدرت تفکیک بی‌سابقه‌ای امکان‌پذیر می‌سازد. به‌منظور کاهش اثرات تخریبی ساخت این آرایه‌ها با استفاده از طراحی‌های ویژه و چندین ترکیب فلزی، پلیمری، عایق و نیمه‌هادی انجام شده است. نتایج این پژوهش در اکتبر سال ۲۰۱۶ در مجله بین‌المللی نانو به چاپ رسیده است.

منبع:

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b02673

More from احمدرضا افراز

هدف‌گیری و فعال‌سازی سلول‌های دندریتیک در مدل سه‌بعدی ریه توسط نانوذرات عامل‌دار طلا

طراحی سیستم‌های جدید «داروسانی ریوی در ترکیب با نانوذرات حامل» دریچه‌ای نو...
مشاهده مطلب

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *