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与MRI脑部监测电磁信号: 技术可用于检测活组织中光或电场.

电场和光 - 研究人员通过监测电磁的两种常用研究大脑功能. 然而, 在大脑测量这些现象大部分方法都是非常侵入. 现在MIT工程师已经发明了一种新技术利用用于磁共振成像的微创传感器,用于检测任一电活动或在大脑中的光信号 (MRI).

MRI通常用于测量血流量,它间接代表脑活动的变化, 但是MIT的研究小组已经设计出一种新型的MRI传感器能够检测微小的电流, 以及光通过发光蛋白质产生. (电脉冲从大脑的内部沟通出现, 和光信号可通过多种由化学家和生物工程开发的分子来制备。)

“MRI提供了一种方法来检测从身体以外的东西在微创的方式,”阿维亚德海说:, 麻省理工学院博士后和研究的主要作者. “它不需要有线连接到大脑. 我们可以植入传感器和刚刚离开它。”

这种传感器可以给神经学家空间准确地查明大脑中的电活动. 它也可以被用于测量光, 并且可以适于测量的化学物质,如葡萄糖, 研究人员说,.

艾伦Jasanoff, 生物工程的麻省理工学院教授, 脑与认知科学, 与核科学与工程, 和麻省理工学院麦戈文研究所脑研究的准会员, 是论文的资深作者, 它出现在十月. 22 问题在于 自然生物医学工程. 博士后弗吉尼亚Spanoudaki和本杰明Bartelle也是论文的作者.

检测电场

Jasanoff的实验室之前开发MRI的传感器,可以检测钙和神经递质如血清素和多巴胺. 在本文中, 他们希望他们的做法扩大到检测生物物理现象,如电力和光. 目前, 监测在大脑电活动的最准确的方法是通过插入电极, 这是非常侵入性的并且可引起组织损伤. 脑电图 (脑电图) 是衡量大脑的电活动的非侵入性的方式, 但这种方法不能精确定位活动的起源.

要创建可以检测与空间精度电磁场的传感器, 研究人员意识到他们可以使用的电子设备 - 特别是, 一个微小的无线电天线.

MRI的工作原理是检测由氢原子的在水中的原子核发射的无线电波. 这些信号通常是通过MRI扫描器内的大无线电天线检测. 在这项研究中, MIT的研究小组缩小了无线电天线下来的大小只有几毫米,这样它可以被直接植入到大脑接收由水产生的无线电波在脑组织.

该传感器被初始调谐到相同的频率的无线电波由氢原子发射. 当传感器拾取来自所述组织的电磁信号, 其调谐变化和传感器不再是氢原子的频率相匹配. 当这个情况发生时, 当传感器由外部MRI机器扫描较弱图像产生.

研究人员证明的是,传感器可以拿起类似于由动作电位产生的电信号 (由单个神经元发射电脉冲), 或局部场电位 (由一组神经元的产生的电的电流的总和).

“我们发现,这些设备是生物大规模势敏感, 在毫伏的顺序, 可媲美什么生物组织产生, 尤其是在大脑,” Jasanoff说.

研究人员在大鼠进行额外的测试,研究传感器是否能在活脑组织回暖信号. 对于这些实验, 他们设计的传感器,以检测由工程化以表达所述蛋白质的细胞的荧光素酶发出的光.

一般, 荧光素酶的确切位置无法确定时,它是脑或其他组织中深, 因此,新的传感器提供了一种方法以扩大荧光素酶的有用性和更精确地查明正在发光的细胞, 研究人员说,. 荧光素酶通常被设计成细胞与感兴趣的另一基因, 使研究人员能够确定通过测量产生的光是否基因已被成功地引入.

小型传感器

这种传感器的一个主要优点是,它不需要携带任何类型的电源, 因为该外部MRI扫描仪发出足够对传感器供电的无线信号.

是, 谁将在威斯康辛大学在一月份加入该系, 计划进一步小型化传感器,使更多的人可以注射, 使光或电场的成像在较大的脑区. 在本文中, 研究者进行建模的是表明一个250微米的传感器 (一毫米的十分之几) 应该能够检测到的顺序上电活动 100 毫伏, 类似于目前的量神经动作电位.

Jasanoff的实验室有兴趣使用这种类型的传感器来检测大脑中的神经信号, 他们设想,它也可以用于身体其他部位监控电磁现象, 包括肌肉收缩或心脏活动.

“如果传感器是几百微米的量级, 这是什么模型表明在未来这项技术, 那么你能想象采取的注射器和分配一大堆他们,只是让他们有,” Jasanoff说. “这是什么会做的是通过其分布在整个组织传感器提供许多当地的读数。”

这项研究是由美国国立卫生研究院资助.


资源:

HTTP://news.mit.edu, 安妮特拉夫顿

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