مراقبة الإشارات الكهرومغناطيسية في الدماغ مع MRI: ويمكن استخدام تقنية للكشف عن الضوء أو الكهربائية الحقول في الأنسجة الحية.

الباحثون عادة دراسة وظائف المخ من خلال رصد نوعين من الكهرومغناطيسية - المجالات الكهربائية وضوء. ومع ذلك, معظم وسائل لقياس هذه الظواهر في الدماغ هي الغازية جدا. المهندسين MIT وقد وضعت الآن تقنية جديدة للكشف عن أي نشاط كهربائي أو الإشارات الضوئية في الدماغ باستخدام جهاز استشعار الغازية الحد الأدنى للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).

وكثيرا ما يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي لقياس التغيرات في تدفق الدم التي تمثل نشاط الدماغ بشكل غير مباشر, ولكن الفريق MIT ابتكرت نوعا جديدا من أجهزة الاستشعار التصوير بالرنين المغناطيسي الذي يمكن الكشف عن التيارات الكهربائية الصغيرة, وكذلك الضوء التي تنتجها البروتينات الانارة. (تنشأ نبضات كهربائية من الاتصالات الداخلية في الدماغ, والإشارات الضوئية يمكن أن تنتج مجموعة متنوعة من الجزيئات التي طورها الكيميائيين وbioengineers.)

"MRI يوفر وسيلة لاستشعار الأشياء من خارج الجسم بطريقة مينيملي,"يقول أفيعاد هاي, ومرحلة ما بعد الدكتوراه MIT والمؤلف الرئيسي للدراسة. "لا تتطلب اتصال سلكي في الدماغ. يمكننا زرع أجهزة الاستشعار ومجرد ترك الأمر هناك ".

هذا النوع من أجهزة الاستشعار يمكن أن يعطي علماء الأعصاب وسيلة دقيقة مكانيا لتحديد النشاط الكهربائي في الدماغ. ويمكن أيضا أن تستخدم لقياس الضوء, ويمكن تكييفها لقياس المواد الكيميائية مثل الجلوكوز, ويقول الباحثون.

آلان Jasanoff, أستاذ معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الهندسة البيولوجية, علوم الدماغ والإدراك, والعلوم والهندسة النووية, وعضو مشارك في معهد MIT ماكغفرن لأبحاث الدماغ, هو مؤلف كبير من ورقة, الذي يظهر في أكتوبر. 22 قضية طبيعة الهندسة الطبية الحيوية. حملة الدكتوراه فرجينيا Spanoudaki وبنيامين Bartelle أيضا مؤلفو الورقة.

الكشف عن الحقول الكهربائية

مختبر Jasanoff قد وضعت من قبل أجهزة الاستشعار التصوير بالرنين المغناطيسي الذي يمكن الكشف عن الكالسيوم والناقلات العصبية مثل السيروتونين والدوبامين. في هذه الورقة, انهم يريدون توسيع نهجها للكشف عن الظواهر الفيزيائية الحيوية مثل الكهرباء والضوء. حاليا, الطريقة الأكثر دقة لمراقبة النشاط الكهربائي في الدماغ هي عن طريق إدخال إلكترود, وهو الغازية للغاية ويمكن أن يسبب تلف الأنسجة. كهربية (EEG) هو وسيلة موسع لقياس النشاط الكهربائي في الدماغ, ولكن هذه الطريقة لا يمكن تحديد أصل النشاط.

لإنشاء أجهزة الاستشعار التي يمكن الكشف عن الحقول الكهرومغناطيسية مع الدقة المكانية, أدرك الباحثون أنها يمكن أن تستخدم جهاز الكتروني - على وجه التحديد, هوائي الراديو الصغير.

MRI يعمل عن طريق الكشف عن موجات الراديو المنبعثة من نوى ذرات الهيدروجين في الماء. وعادة ما يتم الكشف عن هذه الإشارات عن طريق هوائي الراديو كبير داخل الماسح الضوئي MRI. لهذه الدراسة, انكمش فريق MIT هوائي الراديو وصولا الى بضعة ملليمترات في حجم بحيث يمكن زرعها مباشرة في الدماغ لاستقبال موجات الراديو الناتجة عن المياه في أنسجة المخ.

يتم ضبط أجهزة الاستشعار في البداية على نفس التردد مثل موجات الراديو المنبعثة من ذرات الهيدروجين. عندما يختار استشعار تصل إشارة الكهرومغناطيسية من النسيج, التغييرات ضبط وأجهزة الاستشعار لم تعد يطابق تردد من ذرات الهيدروجين. وعندما يحدث ذلك, تنشأ صورة أضعف عندما يتم تفحص أجهزة الاستشعار من قبل آلة التصوير بالرنين المغناطيسي الخارجية.

أظهر الباحثون أن أجهزة الاستشعار يمكن التقاط إشارات كهربائية مماثلة لتلك التي تنتجها إمكانات العمل (النبضات الكهربائية التي تطلقها الخلايا العصبية واحدة), أو امكانات الحقل المحلية (مجموع التيارات الكهربائية المنتجة من قبل مجموعة من الخلايا العصبية).

"لقد أظهرنا أن هذه الأجهزة حساسة للإمكانات النطاق البيولوجي،, بناء على أمر من بالميليفولت, التي يمكن مقارنتها مع ما يولد الأنسجة البيولوجية, خاصة في الدماغ,"يقول Jasanoff.

وأجرى الباحثون اختبارات إضافية في الفئران لدراسة ما إذا كانت أجهزة الاستشعار يمكن التقاط إشارات في العيش أنسجة المخ. لتلك التجارب, صمموا أجهزة استشعار للكشف عن الضوء المنبعث من خلايا هندسيا للتعبير عن وسيفيراز البروتين.

بشكل طبيعي, موقع وسيفيراز الدقيق لا يمكن تحديده عندما يكون عميق داخل الدماغ أو الأنسجة الأخرى, لذلك يقدم مستشعر جديد وسيلة لزيادة الاستفادة من وسيفيراز وأكثر دقة تحديد الخلايا التي ينبعث منها ضوء, ويقول الباحثون. تم تصميم وسيفيراز عادة إلى خلايا جنبا إلى جنب مع جين آخر من الفائدة, مما يسمح للباحثين لتحديد ما إذا كانت الجينات قد أدرجت بنجاح عن طريق قياس الضوء المنتجة.

أجهزة الاستشعار الصغيرة

واحد الميزة الرئيسية لهذا الاستشعار هو أنه لا يحتاج إلى حمل أي نوع من إمدادات الطاقة, لأن إشارات الراديو أن تنبعث ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي الخارجي تكفي لتشغيل أجهزة الاستشعار.

هل, الذي سينضم أعضاء هيئة التدريس في جامعة ويسكونسن في ماديسون في يناير, تخطط لزيادة تصغير أجهزة الاستشعار بحيث المزيد منها يمكن حقنها, تمكين التصوير من الحقول الخفيفة أو كهربائية على مساحة أكبر الدماغ. في هذه الورقة, أجرى الباحثون النمذجة التي أظهرت أن جهاز استشعار 250 ميكرون (بضعة أعشار من المليمتر) يجب أن تكون قادرة على الكشف عن النشاط الكهربائي بناء على أمر من 100 بالميليفولت, مماثلة لمقدار التيار في إمكانات العمل العصبية.

مختبر Jasanoff هو ترغب في استخدام هذا النوع من أجهزة الاستشعار للكشف عن الإشارات العصبية في الدماغ, ويتصورون أنه يمكن أن تستخدم أيضا لرصد الظواهر الكهرومغناطيسية في أي مكان آخر في الجسم, بما في ذلك تقلصات العضلات أو نشاط القلب.

"إذا كانت أجهزة الاستشعار بناء على أمر من مئات من ميكرون, وهو ما يوحي النمذجة في المستقبل لهذه التكنولوجيا, ثم هل يمكن تخيل أخذ حقنة وتوزيع مجموعة كاملة منهم، ومجرد تركهم هناك,"يقول Jasanoff. "ما هذا من شأنه القيام به هو تقديم العديد من قراءات المحلية من خلال وجود أجهزة استشعار موزعة على جميع الأنسجة."

وقد تم تمويل هذا البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة.

مصدر:

HTTP://news.mit.edu, قبل آن ترافتون