Zarejestruj się teraz

Zaloguj sie

Zgubione hasło

Zgubiłeś swoje hasło? Wprowadź swój adres e-mail. Otrzymasz link i utworzysz nowe hasło e-mailem.

Dodaj post

Musisz się zalogować, aby dodać post .

Zaloguj sie

Zarejestruj się teraz

Witamy na stronie Scholarsark.com! Twoja rejestracja zapewni Ci dostęp do większej liczby funkcji tej platformy. Możesz zadawać pytania, wnosić wkład lub udzielać odpowiedzi, przeglądaj profile innych użytkowników i wiele więcej. Zarejestruj się teraz!

Monitorowanie sygnałów elektromagnetycznych w mózgu za pomocą MRI: Technikę można wykorzystać do wykrywania światła lub pól elektrycznych w żywej tkance.

Naukowcy często badają funkcję mózgu, monitorując dwa rodzaje elektromagnetyzmu — pola elektryczne i światło. Jednakże, większość metod pomiaru tych zjawisk w mózgu jest bardzo inwazyjna. Inżynierowie z MIT opracowali teraz nową technikę wykrywania aktywności elektrycznej lub sygnałów optycznych w mózgu za pomocą minimalnie inwazyjnego czujnika do obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI).

MRI jest często używany do pomiaru zmian w przepływie krwi, które pośrednio reprezentują aktywność mózgu, ale zespół MIT opracował nowy typ czujnika MRI, który może wykrywać niewielkie prądy elektryczne, jak również światło wytwarzane przez luminescencyjne białka. (Impulsy elektryczne powstają z wewnętrznej komunikacji mózgu, a sygnały optyczne mogą być wytwarzane przez różne cząsteczki opracowane przez chemików i bioinżynierów.)

„MRI oferuje sposób na wyczuwanie rzeczy z zewnątrz ciała w minimalnie inwazyjny sposób,” mówi Aviad Hai, doktor habilitowany MIT i główny autor badania. „Nie wymaga przewodowego połączenia z mózgiem. Możemy wszczepić czujnik i po prostu go tam zostawić”.

Ten rodzaj czujnika może dać neurologom dokładny sposób na określenie aktywności elektrycznej w mózgu. Może być również używany do pomiaru światła, i może być przystosowany do pomiaru substancji chemicznych, takich jak glukoza, naukowcy mówią.

Alan Jasanoff, profesor inżynierii biologicznej MIT, nauki o mózgu i kognitywistyce, oraz nauka i inżynieria jądrowa, oraz członek stowarzyszony McGovern Institute for Brain Research w MIT, jest starszym autorem artykułu, który pojawia się w październiku. 22 problem z Inżynieria biomedyczna przyrody. Postdocs Virginia Spanoudaki i Benjamin Bartelle są również autorami artykułu.

Wykrywanie pól elektrycznych

Laboratorium Jasanoffa opracowało wcześniej czujniki MRI, które mogą wykrywać wapń i neuroprzekaźniki, takie jak serotonina i dopamina. w tym papierze, chcieli poszerzyć swoje podejście do wykrywania zjawisk biofizycznych, takich jak elektryczność i światło. Obecnie, najdokładniejszym sposobem monitorowania aktywności elektrycznej w mózgu jest włożenie elektrody, co jest bardzo inwazyjne i może powodować uszkodzenie tkanek. Elektroencefalografia (ZOBACZYĆ) to nieinwazyjny sposób pomiaru aktywności elektrycznej mózgu, ale ta metoda nie może wskazać źródła działania.

Stworzenie czujnika, który mógłby wykrywać pola elektromagnetyczne z precyzją przestrzenną, badacze zdali sobie sprawę, że mogą korzystać z urządzenia elektronicznego — w szczególności, maleńka antena radiowa.

MRI działa poprzez wykrywanie fal radiowych emitowanych przez jądra atomów wodoru w wodzie. Sygnały te są zwykle wykrywane przez dużą antenę radiową w skanerze MRI. Do tego badania, zespół MIT zmniejszył antenę radiową do zaledwie kilku milimetrów, aby można ją było wszczepić bezpośrednio do mózgu, aby odbierać fale radiowe generowane przez wodę w tkance mózgowej.

Czujnik jest początkowo dostrojony do tej samej częstotliwości, co fale radiowe emitowane przez atomy wodoru. Gdy czujnik odbiera sygnał elektromagnetyczny z tkanki, jego strojenie się zmienia i czujnik nie dopasowuje się już do częstotliwości atomów wodoru. Kiedy to się stanie, słabszy obraz powstaje, gdy czujnik jest skanowany przez zewnętrzną maszynę MRI.

Naukowcy wykazali, że czujniki mogą odbierać sygnały elektryczne podobne do tych wytwarzanych przez potencjały czynnościowe (impulsy elektryczne wystrzeliwane przez pojedyncze neurony), lub lokalne potencjały terenowe (suma prądów elektrycznych wytwarzanych przez grupę neuronów).

„Wykazaliśmy, że te urządzenia są wrażliwe na potencjały w skali biologicznej”, rzędu miliwoltów, które są porównywalne z tym, co wytwarza tkanka biologiczna, szczególnie w mózgu,„Jasanoff mówi.

Naukowcy przeprowadzili dodatkowe testy na szczurach, aby sprawdzić, czy czujniki mogą odbierać sygnały w żywej tkance mózgowej. Za te eksperymenty, zaprojektowali czujniki do wykrywania światła emitowanego przez komórki zaprojektowane do ekspresji białka lucyferazy.

Normalnie, Dokładnej lokalizacji lucyferazy nie można określić, gdy znajduje się ona głęboko w mózgu lub innych tkankach, więc nowy czujnik oferuje sposób na rozszerzenie użyteczności lucyferazy i dokładniejsze wskazanie komórek, które emitują światło, naukowcy mówią. Lucyferaza jest powszechnie wprowadzana do komórek wraz z innym interesującym genem, umożliwienie naukowcom ustalenie, czy geny zostały pomyślnie włączone, poprzez pomiar wytwarzanego światła.

Mniejsze czujniki

Jedną z głównych zalet tego czujnika jest to, że nie wymaga zasilania, ponieważ sygnały radiowe emitowane przez zewnętrzny skaner MRI wystarczają do zasilania czujnika.

hai, którzy dołączą do wydziału na Uniwersytecie Wisconsin w Madison w styczniu, planuje dalszą miniaturyzację czujników, aby można było wstrzykiwać więcej z nich, umożliwienie obrazowania światła lub pól elektrycznych na większym obszarze mózgu. w tym papierze, naukowcy przeprowadzili modelowanie, które wykazało, że czujnik o wielkości 250 mikronów (kilka dziesiątych milimetra) powinien być w stanie wykryć aktywność elektryczną rzędu 100 miliwolty, podobny do wielkości prądu w neuronowym potencjale czynnościowym.

Laboratorium Jasanoffa jest zainteresowane wykorzystaniem tego typu czujnika do wykrywania sygnałów neuronowych w mózgu, i wyobrażają sobie, że może być również używany do monitorowania zjawisk elektromagnetycznych w innych częściach ciała, w tym skurcze mięśni lub aktywność serca.

„Gdyby czujniki były rzędu setek mikronów, co sugeruje modelowanie, jest przyszłością dla tej technologii, wtedy możesz sobie wyobrazić, że wziąłeś strzykawkę i rozłożyłeś ich całą masę i po prostu je tam zostawiłeś,„Jasanoff mówi. „To by dało wiele lokalnych odczytów dzięki czujnikom rozmieszczonym w całej tkance”.

Badania zostały sfinansowane przez Narodowe Instytuty Zdrowia.


Źródło:

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

Zostaw odpowiedź

Znakomicie bezpieczny i Zorientowany na studenta Platforma edukacyjna 2021