Surveillance de signaux électromagnétiques dans le cerveau par IRM: Technique pourrait être utilisée pour détecter les champs de lumière ou électriques dans le tissu vivant.

Les chercheurs étudient généralement le fonctionnement du cerveau en surveillant deux types de électromagnétisme - champs électriques et lumière. toutefois, la plupart des méthodes de mesure de ces phénomènes dans le cerveau sont très envahissantes. MIT ingénieurs ont maintenant mis au point une nouvelle technique pour détecter soit une activité électrique ou des signaux optiques dans le cerveau en utilisant un capteur mini-invasive pour l'imagerie par résonance magnétique (IRM).

L'IRM est souvent utilisé pour mesurer les changements dans le flux sanguin qui représentent indirectement l'activité cérébrale, mais l'équipe du MIT a mis au point un nouveau type de capteur IRM qui peut détecter de très faibles courants électriques, ainsi que la lumière produite par les protéines luminescentes. (Les impulsions électriques proviennent de communications internes du cerveau, et des signaux optiques peuvent être produits par une variété de molécules développées par les chimistes et les bioingénieurs.)

« IRM offre un moyen de sentir les choses de l'extérieur du corps d'une manière peu invasive,» Dit Aviad Hai, un postdoc MIT et l'auteur principal de l'étude. « Il ne nécessite pas une connexion filaire dans le cerveau. Nous pouvons implanter le capteur et le laisser là « .

Ce type de capteur pourrait donner neuroscientifiques une façon précise dans l'espace pour identifier l'activité électrique dans le cerveau. Il peut également être utilisé pour mesurer la lumière, et pourrait être adapté pour mesurer des produits chimiques tels que le glucose, les chercheurs disent.

Alan Jasanoff, un professeur du MIT de génie biologique, sciences du cerveau et cognitives, et sciences et techniques nucléaires, et membre associé de l'Institut McGovern du MIT pour la recherche sur le cerveau, est l'auteur principal du document, qui apparaît dans l'OPO. 22 problème de Nature du génie biomédical. Virginia postdoctorants Spanoudaki et Benjamin Bartelle sont également auteurs du document.

La détection des champs électriques

Le laboratoire de Jasanoff a déjà mis au point des capteurs IRM qui permettent de détecter et de calcium neurotransmetteurs tels que la sérotonine et la dopamine. Dans cet article, ils voulaient élargir leur approche à la détection de phénomènes biophysiques tels que l'électricité et la lumière. Actuellement, la manière la plus précise pour surveiller l'activité électrique dans le cerveau est en insérant une électrode, ce qui est très envahissante et peut causer des dommages aux tissus. Électroencéphalographie (EEG) est une façon non invasive pour mesurer l'activité électrique dans le cerveau, mais cette méthode ne peut pas déterminer l'origine de l'activité.

Pour créer un capteur permettant de détecter des champs électromagnétiques avec une précision spatiale, les chercheurs ont réalisé qu'ils pouvaient utiliser un dispositif électronique - en particulier, une antenne de radio minuscule.

IRM fonctionne en détectant les ondes radio émises par les noyaux des atomes d'hydrogène dans l'eau. Ces signaux sont généralement détectés par une grande antenne radio au sein d'un scanner IRM. Pour cette étude, l'équipe du MIT a diminué l'antenne radio vers le bas à quelques millimètres de taille, de sorte qu'il peut être implanté directement dans le cerveau pour recevoir les ondes radio générées par l'eau dans le tissu cérébral.

Le capteur est initialement réglé à la même fréquence que les ondes radio émises par les atomes d'hydrogène. Lorsque le capteur capte un signal électromagnétique à partir du tissu, ses changements de réglage et le capteur ne correspond plus à la fréquence des atomes d'hydrogène. Quand cela arrive, une image plus faible se produit lorsque le capteur est balayé par un appareil d'IRM externe.

Les chercheurs ont démontré que les capteurs peuvent capter les signaux électriques similaires à ceux produits par des potentiels d'action (les impulsions électriques tirées par un seul neurones), ou potentiels de champ local (la somme des courants électriques produits par un groupe de neurones).

« Nous avons montré que ces dispositifs sont sensibles à des potentiels échelle biologique, de l'ordre de millivolts, qui sont comparables à ce que le tissu biologique génère, en particulier dans le cerveau,» Dit Jasanoff.

Les chercheurs ont effectué des tests supplémentaires chez des rats pour étudier si les capteurs peuvent capter des signaux dans les tissus vivants du cerveau. Pour ces expériences, ils ont conçu des capteurs pour détecter la lumière émise par des cellules modifiées pour exprimer la luciférase de la protéine.

Normalement, l'emplacement exact de la luciférase ne peut être déterminée quand il est profondément dans le cerveau ou d'autres tissus, de sorte que le nouveau capteur offre un moyen d'accroître l'utilité de la luciférase et plus précisément les cellules localiser avec précision qui émettent la lumière, les chercheurs disent. La luciférase est généralement conçu dans des cellules avec un autre gène d'intérêt, permettant aux chercheurs de déterminer si les gènes ont été intégrés avec succès par la mesure de la lumière produite.

Les petits capteurs

Un avantage majeur de ce capteur est qu'il n'a pas besoin de transporter tout type d'alimentation, parce que les signaux radio qui émet les scanners d'IRM externes sont suffisants pour alimenter le capteur.

est, qui se joindra à la faculté de l'Université du Wisconsin à Madison en Janvier, prévoit de miniaturiser davantage les capteurs de sorte que plus d'entre eux peut être injecté, permettant l'imagerie des champs lumineux ou électriques sur une zone de plus grand cerveau. Dans cet article, les chercheurs ont effectué la modélisation qui a montré qu 'un capteur 250 microns (quelques dixièmes de millimètre) devrait être en mesure de détecter l'activité électrique de l'ordre de 100 millivolts, similaire à la quantité de courant dans un potentiel d'action neuronale.

Le laboratoire de Jasanoff est intéressé à utiliser ce type de capteur pour détecter les signaux neuronaux dans le cerveau, et ils prévoient que cela pourrait également être utilisé pour surveiller les phénomènes électromagnétiques ailleurs dans le corps, y compris les contractions musculaires ou de l'activité cardiaque.

« Si les capteurs étaient de l'ordre de centaines de microns, qui est ce que la modélisation suggère est l'avenir de cette technologie, alors vous pourriez imaginer prendre une seringue et la distribution d'un tas d'entre eux et juste de les laisser là-bas,» Dit Jasanoff. « Ce que cela ferait est de fournir de nombreux locaux en ayant des lectures de capteurs répartis sur tout le tissu. »

La recherche a été financée par les National Institutes of Health.

La source:

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