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Überwachung von elektromagnetischen Signalen im Gehirn mit MRT: Technik könnte verwendet werden, um Licht oder elektrische Felder in lebendem Gewebe zu erfassen,.

Forscher häufig Gehirnfunktion untersuchen, indem zwei Arten von Elektromagnetismus Überwachung - elektrische Felder und Licht. jedoch, die meisten Methoden für diese Phänomene im Gehirn messen sind sehr invasive. MIT-Ingenieure haben jetzt eine neue Technik, um entweder elektrische Aktivität oder optische Signale im Gehirn unter Verwendung eines minimal invasiven Sensor für die Magnetresonanztomographie entwickelt, (MRI).

MRI wird häufig zur Messung der Veränderungen im Blutfluss eingesetzt, dass indirekt die Gehirnaktivität darstellen, aber das MIT-Team hat eine neue Art von MRI-Sensor entwickelt, die winzigen elektrischen Strom erfassen kann, sowie Licht, das von lumineszenten Proteine ​​produziert. (Elektrische Impulse ergeben sich aus der internen Kommunikation des Gehirns, und optische Signale können von Chemikern und bioengineers entwickelt von einer Vielzahl von Molekülen hergestellt werden.)

„MRI bietet eine Möglichkeit, die Dinge von der Außenseite des Körpers in einer minimal invasiven Art und Weise zu spüren,“Sagt Aviad Hai, ein MIT Postdoc und der Hauptautor der Studie. „Es ist nicht eine Kabelverbindung in das Gehirn erfordern. Wir können den Sensor implantieren und es nur dort lassen.“

Diese Art von Sensor könnte eine räumlich genaue Art und Weise geben Neurowissenschaftler die elektrische Aktivität im Gehirn zu lokalisieren. Es kann auch messen Licht verwendet werden, und könnte angepasst werden Chemikalien wie Glucose zu messen, sagen die Forscher.

Alan Jasanoff, ein MIT-Professor für Bioingenieurwesen, Gehirn und Kognitionswissenschaften, und Nuklearwissenschaft und Technik, und ein assoziiertes Mitglied des MIT McGovern Institut für Hirnforschung, ist der leitende Autor des Papiers, die erscheint im Oktober. 22 Problem von Natur Biomedizinische Technik. Postdocs Virginia Spanoudaki und Benjamin Bartelle sind auch Autoren des Papiers.

Erkennen von elektrischen Feldern

Jasanoff Labor zuvor MRI-Sensoren entwickelt, kann Kalzium und Neurotransmittern wie Serotonin und Dopamin erfassen. In diesem Papier, sie wollten ihren Ansatz zur Erfassung biophysikalische Phänomene wie Elektrizität und Licht erweitern. Zur Zeit, Die genaueste Art und Weise die elektrische Aktivität im Gehirn zu überwachen, ist durch Einsetzen einer Elektrode, die sehr invasive und kann zu Gewebeschäden. Elektroenzephalographie (EEG) ist eine nicht-invasive Art und Weise der elektrische Aktivität im Gehirn zu messen, aber diese Methode kann nicht den Ursprung der Aktivität lokalisieren.

Zu erzeugen, einen Sensor, der elektromagnetische Felder mit räumlichen Genauigkeit erfassen kann, die Forscher erkannten, dass sie ein elektronisches Gerät verwenden könnte - speziell, eine winzige Funkantenne.

MRI wirkt, indem die von den Kernen der Wasserstoffatome in Wasser ausgesandten Radiowellen-Erfassungs. Diese Signale werden in der Regel von einem großen Radioantenne in einem MRI-Scanner erfaßt. Für diese Studie, das MIT-Team schrumpfte die Funkantenne auf nur wenige Millimeter groß nach unten, so dass sie direkt in das Gehirn implantiert werden, um die Funkwellen, die durch Wasser im Hirngewebe zu erhalten.

Der Sensor wird zunächst auf die gleiche Frequenz abgestimmt ist wie die Funkwellen, die durch den Wasserstoffatomen emittierten. Wenn nimmt der Sensor ein elektromagnetisches Signal von dem Gewebe up, seine Stimmung ändert und der Sensor nicht mehr übereinstimmt, die Frequenz der Wasserstoffatome. Wenn das passiert, ein schwächeres Bild entsteht, wenn der Sensor durch ein externes Gerät MRI abgetastet wird,.

Die Forscher zeigten, dass die Sensoren elektrische Signale ähnlich denen von Aktionspotentialen erzeugten abholen (die elektrischen Impulse von einzelnen Neuronen gefeuert), oder lokale Feldpotentiale (die Summe der elektrischen Ströme, die von einer Gruppe von Neuronen).

„Wir haben gezeigt, dass diese Geräte für die biologische angelegten Potenziale empfindlich sind, in der Größenordnung von Millivolt, die vergleichbar zu dem, was biologischen Geweben erzeugt, vor allem im Gehirn,“Jasanoff sagt.

Die Forscher, die zusätzliche Tests bei Ratten zu untersuchen, ob die Sensoren Signale aufnehmen könnten Hirngewebe in lebenden. Für diese Experimente, sie entwickelt, um die Sensoren Licht, das durch Zellen, die das Protein Luciferase zu exprimieren emittiert zu erfassen.

Normalerweise, Luciferase genaue Position nicht bestimmt werden kann, wenn es tief im Gehirn oder anderen Geweben, so der neue Sensor bietet eine Möglichkeit, den Nutzen von Luciferase zu erweitern und zu lokalisieren, genauer gesagt, die Zellen, die Licht emittieren, sagen die Forscher. Luciferase wird üblicherweise in Zellen entwickelt zusammen mit einem anderen Gen von Interesse, so dass Forscher, ob die Gene zu bestimmen, wurden durch Messen des erzeugten Lichts erfolgreich eingebracht worden.

kleinere Sensoren

One major advantage of this sensor is that it does not need to carry any kind of power supply, because the radio signals that the external MRI scanner emits are enough to power the sensor.

Hai, who will be joining the faculty at the University of Wisconsin at Madison in January, plans to further miniaturize the sensors so that more of them can be injected, enabling the imaging of light or electrical fields over a larger brain area. In diesem Papier, the researchers performed modeling that showed that a 250-micron sensor (a few tenths of a millimeter) should be able to detect electrical activity on the order of 100 millivolts, similar to the amount of current in a neural action potential.

Jasanoff’s lab is interested in using this type of sensor to detect neural signals in the brain, and they envision that it could also be used to monitor electromagnetic phenomena elsewhere in the body, including muscle contractions or cardiac activity.

“If the sensors were on the order of hundreds of microns, which is what the modeling suggests is in the future for this technology, dann könnte man eine Spritze und Verteilung eine ganze Reihe von ihnen vorstellen zu nehmen und sie nur dort verlassen,“Jasanoff sagt. „Was dies tun würde, ist viele lokale Ablesungen liefern durch Sensoren, die alle über das Gewebe verteilt.“

Die Forschung wurde von den National Institutes of Health.


Quelle:

http://news.mit.edu, von Anne Trafton

Über Marie

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