Des neuroingénieurs utilisent des champs magnétiques pour activer les neurones des mouches des fruits

Dans une démonstration publiée dans Matériaux naturelsdes chercheurs de Rice, Duke University, Brown University et Baylor College of Medicine ont utilisé des signaux magnétiques pour activer des neurones ciblés qui contrôlaient la position du corps des mouches des fruits se déplaçant librement dans une enceinte.

“Pour étudier le cerveau ou pour traiter les troubles neurologiques, la communauté scientifique est à la recherche d’outils à la fois incroyablement précis, mais aussi peu invasifs”, a déclaré l’auteur de l’étude, Jacob Robinson, professeur agrégé en génie électrique et informatique à Rice et membre de Rice. Initiative de neuroingénierie. “Le contrôle à distance de circuits neuronaux sélectionnés avec des champs magnétiques est en quelque sorte un Saint Graal pour les neurotechnologies. Notre travail franchit une étape importante vers cet objectif car il augmente la vitesse du contrôle magnétique à distance, le rapprochant de la vitesse naturelle du cerveau.”

Robinson a déclaré que la nouvelle technologie active les circuits neuronaux environ 50 fois plus rapidement que la meilleure technologie précédemment démontrée pour la stimulation magnétique de neurones génétiquement définis.

“Nous avons fait des progrès parce que l’auteur principal, Charles Sebesta, a eu l’idée d’utiliser un nouveau canal ionique sensible au taux de changement de température”, a déclaré Robinson. “En réunissant des experts en génie génétique, en nanotechnologie et en génie électrique, nous avons pu assembler toutes les pièces et prouver que cette idée fonctionne. C’était vraiment un effort d’équipe de scientifiques de classe mondiale avec lesquels nous avons eu la chance de travailler.”

Les chercheurs ont utilisé le génie génétique pour exprimer un canal ionique spécial sensible à la chaleur dans les neurones qui amène les mouches à déployer partiellement leurs ailes, un geste d’accouplement courant. Les chercheurs ont ensuite injecté des nanoparticules magnétiques qui pouvaient être chauffées avec un champ magnétique appliqué. Une caméra aérienne a observé les mouches alors qu’elles erraient librement dans une enceinte au sommet d’un électroaimant. En modifiant le champ de l’aimant d’une manière spécifique, les chercheurs ont pu chauffer les nanoparticules et activer les neurones. Une analyse de la vidéo des expériences a montré que les mouches avec les modifications génétiques adoptaient la posture d’aile déployée environ une demi-seconde après le changement de champ magnétique.

Robinson a déclaré que la capacité d’activer des cellules génétiquement ciblées à des moments précis pourrait être un outil puissant pour étudier le cerveau, traiter les maladies et développer une technologie de communication directe cerveau-machine.

Robinson est chercheur principal sur MOANA, un projet ambitieux visant à développer une technologie de casque pour la communication non chirurgicale, sans fil, cerveau à cerveau. Abréviation de « accès neuronal magnétique, optique et acoustique », MOANA est financé par la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) pour développer une technologie de casque qui peut à la fois « lire » ou décoder l’activité neuronale dans le cortex visuel d’une personne et « écrire, ” ou encoder, cette activité dans le cerveau d’une autre personne. La technologie magnétogénétique en est un exemple.

L’équipe de Robinson travaille dans le but de restaurer partiellement la vision des patients aveugles. En stimulant les parties du cerveau associées à la vision, les chercheurs de MOANA espèrent donner aux patients un sens de la vision même si leurs yeux ne fonctionnent plus.

“L’objectif à long terme de ce travail est de créer des méthodes pour activer des régions spécifiques du cerveau chez l’homme à des fins thérapeutiques sans jamais avoir à effectuer de chirurgie”, a déclaré Robinson. “Pour atteindre la précision naturelle du cerveau, nous devons probablement obtenir une réponse de quelques centièmes de seconde. Il reste donc encore du chemin à parcourir.”

Les co-auteurs de l’étude sur le riz sont Sebesta, Daniel Torres Hinojosa, Joseph Asfouri, Guillaume Duret, Kaiyi Jiang, Linlin Zhang, Qingbo Zhang et Gang Bao. Les co-auteurs supplémentaires incluent Boshuo Wang, Zhongxi Li, Stefan Goetz et Angel Peterchev de Duke; Zhen Xiao et Vicki Colvin de Brown; et Herman Dierick de Baylor.

La recherche a été financée par la DARPA (N66001-19-C-4020), la National Science Foundation (1707562), la Welch Foundation (C-1963) et les National Institutes of Health (R01MH107474).

Vidéo: https://youtu.be/ZcBIlSS2FUM

Source de l’histoire :

Matériaux fourni par Université du riz. Original écrit par Jade Boyd. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.