นักวิจัยได้ออกแบบโพรบระบบประสาทที่บางเป็นพิเศษ ยืดหยุ่น และมีการบุกรุกน้อยที่สุด ซึ่งไม่เพียงแต่บันทึกการทำงานของระบบประสาทเท่านั้น แต่ยังใช้แสงเพื่อกระตุ้นกลุ่มของเซลล์ประสาทที่เฉพาะเจาะจงอีกด้วย
ตามที่อธิบายไว้ในการศึกษาใหม่ใน Nature Communications โพรบนี้มีขนาดประมาณหนึ่ง-ในห้าของความกว้างของเส้นผมมนุษย์ และ-เหมาะสำหรับการศึกษาบริเวณเล็กๆ ที่เคลื่อนที่ได้ของระบบประสาท เช่น ไขสันหลังหรือเส้นประสาทส่วนปลาย (เส้นประสาทที่อยู่นอกสมองและไขสันหลังที่ส่งข้อมูลระหว่างสมองและส่วนที่เหลือของร่างกาย)
นี่คือจุดที่คุณต้องการอุปกรณ์ตรวจที่เล็กมากและยืดหยุ่นได้ ซึ่งสามารถฝังไว้ระหว่างกระดูกสันหลังเพื่อเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาท และสามารถโค้งงอได้ในขณะที่ไขสันหลังเคลื่อนที่" Axel Nimmerjahn ผู้เขียนอาวุโสร่วม- รองศาสตราจารย์ของ Waitt Advanced Biophotonics Center ที่ Salk Institute for Biological Studies ในสหรัฐอเมริกากล่าว
โพรบประสาทสามารถฝังได้เป็นเวลานานขึ้น เนื่องจากเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อชีวภาพมากกว่า และมีโอกาสน้อยที่จะกระตุ้นการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน
โดนัลด์ เซอร์คิส ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนที่ Jacobs School of Engineering และผู้ร่วม-ผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้กล่าวว่า "สำหรับอินเทอร์เฟซของระบบประสาทแบบเรื้อรัง คุณต้องมีเครื่องมือตรวจสอบที่ซ่อนเร้น - ซึ่งเป็นสิ่งที่ร่างกายไม่รู้ด้วยซ้ำว่ามีอยู่ที่นั่น แต่ยังสามารถสื่อสารกับเซลล์ประสาทได้" ที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก
สิ่งที่ทำให้โพรบนี้แตกต่างจากโพรบที่บางเป็นพิเศษ-และยืดหยุ่นอื่นๆ ที่มีอยู่ก็คือ โพรบประกอบด้วยช่องสัญญาณไฟฟ้าและช่องแสง ทำให้สามารถบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาท และใช้แสงเพื่อกระตุ้นกลุ่มของเซลล์ประสาทที่เฉพาะเจาะจงได้
การมีการบันทึกทางไฟฟ้า - โหมดคู่และการกระตุ้นด้วยแสง - ในขนาดที่เล็กเช่นนี้เป็นการผสมผสานที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว" เซอร์บูลีอธิบาย
โพรบประสาทใหม่ถือเป็นความสำเร็จทางวิศวกรรมที่ชาญฉลาด
ช่องไฟฟ้าประกอบด้วยอิเล็กโทรดโพลีเมอร์บางเฉียบ (ซึ่งสามารถนำไฟฟ้าได้) ในขณะที่ช่องแสงประกอบด้วยใยแก้วนำแสงบางเฉียบที่ส่งผ่านแสง การวางทั้งสองไว้ในโพรบประสาทเดียวกันนั้นต้องใช้วิศวกรรมที่ชาญฉลาดมาก
ช่องจะต้องได้รับการหุ้มฉนวนเพื่อป้องกันไม่ให้รบกวนซึ่งกันและกันขณะติดตั้งในไมโครโพรบที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 8 ถึง 14 ไมครอน นักวิจัยต้องตรวจสอบให้แน่ใจด้วยว่าโพรบมีความยืดหยุ่น ทนทาน เข้ากันได้ทางชีวภาพ และสามารถทำงานได้ตลอดจนสถานะ-ของ-โพรบประสาทศิลปะ-ที่มีอยู่
เมื่อประดิษฐ์ขึ้นแล้ว อุปกรณ์ตรวจประสาทจะถูกฝังเข้าไปในสมองของหนูที่มีชีวิตเป็นเวลาสูงสุดหนึ่งเดือน ซึ่งในระหว่างนั้นแทบจะไม่ทำให้เนื้อเยื่อสมองเกิดการอักเสบเลย
โพรบเหล่านี้สามารถบันทึกกิจกรรมทางไฟฟ้าของเซลล์ประสาทที่มีความไวสูง และยังสามารถใช้เพื่อกระตุ้นเซลล์ประสาทในเยื่อหุ้มสมองของเมาส์เพื่อขยับหนวดอีกด้วย
ปัจจุบันเรารู้น้อยมากเกี่ยวกับวิธีการทำงานของไขสันหลัง วิธีการประมวลผลข้อมูล และการทำงานของระบบประสาทถูกทำลายหรือเสียหายภายใต้สภาวะของโรคบางอย่างอย่างไร” Nimmerjahn กล่าว
การบันทึกจากโครงสร้างขนาดเล็กและไดนามิกเช่นนี้ถือเป็นความท้าทายทางเทคนิคมาโดยตลอด เราเชื่อว่าโพรบของเราและอาร์เรย์โพรบในอนาคตมีศักยภาพพิเศษที่จะช่วยให้เราศึกษาไขสันหลัง - ไม่เพียงแต่จะเข้าใจมันในระดับพื้นฐานเท่านั้น แต่ยังมีความสามารถในการควบคุมการทำงานของมันด้วย
ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากไมโครไฟเบอร์สามารถทำได้เกือบทุกความยาว กระบวนการผลิตจึงสามารถนำไปใช้ในการพัฒนาเครื่องตรวจระบบประสาทที่สามารถเข้าถึงบริเวณสมองที่อยู่ลึกลงไปได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความแข็งของโพรบลดลงตามความยาวที่เพิ่มขึ้น จึงอาจจำเป็นต้องเปลี่ยนการออกแบบ - เช่น การเคลือบน้ำตาลที่ละลายได้หรือชั้นโพลีเมอร์แข็ง - เพื่อป้องกันการโค้งงอ
