Zum ersten Mal in der Geschichte programmierten Ingenieure und Neurowissenschaftler der Northwestern University, USA
Mit Licht beeinflussenMithilfe gentechnisch veränderter Neuronen demonstrieren Wissenschaftler aufregende neue Möglichkeiten, ganz bestimmte Bereiche des Gehirns zu steuern. Diese Technik zur Untersuchung der Funktion von Nervenzellen wird als Optogenetik bezeichnet. Es basiert auf der Einführung spezieller Kanäle in ihre Membran – Opsine, die auf Anregung durch Licht reagieren. Wird das Gehirn Licht einer bestimmten Wellenlänge ausgesetzt, werden diejenigen Neuronen aktiviert, die über solche Kanäle verfügen oder umgekehrt keine Aktionspotentiale erzeugen können.
Zur Expression von Kanälen werden gentechnische Methoden verwendet, zur anschließenden Aktivierung oder Hemmung von Neuronen und neuronalen Netzen werden Laser, Lichtwellenleiter und andere optische Geräte eingesetzt.
Der Vorteil optogenetischer Methoden gegenüberTraditionelle elektrophysiologische Methoden zur Untersuchung und Beeinflussung von Nervennetzwerken bestehen in der Möglichkeit einer hochselektiven Aktivierung oder Unterdrückung spezifischer neuronaler Verbindungen. Diese Selektivität eröffnet neue Möglichkeiten bei der Behandlung von Parkinson, Depressionen, Angstzuständen und Epilepsie.
Wissenschaftler der Northwestern Universityhaben in diesem Bereich Neuland betreten, indem sie Pionierarbeit bei der Verwendung eines neuen Implantats zur Programmierung sozialer Interaktionen zwischen Mäusen geleistet haben. Die Forscher sagen, dass dies die Grundlage für das Verständnis bildet, wie Beziehungen in komplexen Gruppen von Menschen entstehen.
Schlankes, flexibles, kabelloses Implantatstörte die Mäuse in keiner Weise und erlaubte ihnen, unter natürlichen Bedingungen beobachtet zu werden. Frühere Forschungen unter Verwendung der Optogenetik erforderten Glasfaserdrähte, die die Bewegung von Mäusen während sozialer Interaktionen oder in herausfordernden Umgebungen einschränkten.
Das Implantat selbst ist winzig kabellosEin Gerät, das sanft auf der Außenfläche des Schädels ruht, jedoch unter der Haut und dem Fell eines kleinen Tieres. Seine Dicke beträgt 0,5 mm. Es wird an eine dünne flexible Filamentsonde mit LEDs am Ende angeschlossen.
Das Miniaturgerät nutzt ProtokolleBei der Nahfeldkommunikation handelt es sich um dieselbe Technologie, die auch in Smartphones für elektronische Zahlungen verwendet wird. Die Forscher steuern das Licht drahtlos in Echtzeit über eine Benutzeroberfläche auf einem Computer. Eine das Tiergehege umgebende Antenne versorgt das drahtlose Gerät mit Strom, sodass keine sperrige und schwere Batterie erforderlich ist.
Wissenschaftler haben ein Experiment entworfen, um einen optogenetischen Ansatz zur Fernsteuerung sozialer Interaktionen zwischen Paaren oder Gruppen von Mäusen zu untersuchen.
Als Mäuse physisch nahe beieinander warenIn einem anderen Fall aktivierten Ingenieure und Biologen in einer geschlossenen Umgebung drahtlos und synchron einen bestimmten Satz von Neuronen in einem Bereich des Gehirns. Es ist mit einer exekutiven Funktion höherer Ordnung verbunden. Daher zwangen die Forscher die Mäuse dazu, die Häufigkeit und Dauer sozialer Interaktionen zu erhöhen. Die desynchronisierende Stimulation reduzierte schnell die sozialen Interaktionen innerhalb desselben Mäusepaares. In Gruppensituationen ermutigten die Forscher ein zufällig ausgewähltes Paar zur Interaktion. Wissenschaftler zwangen Mäuse außerdem dazu, bei Bedarf sofort miteinander zu kommunizieren.
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