aydınlatma lighting haber
Ama elde edilen sonuç bu zahmete değdi: 3D-SHOT küçük nöron sütunlarını aydınlatmak yerine seçilmiş nöronları oldukça hassas bir şekilde hedefleyebiliyor.
Gelişmiş Sensörler
Daha iyi donanıma sahip olmak bu gelişmenin sadece yarısını ifade ediyor.
Araştırma ekibi 3D-SHOT’ ın hedefleme yeteneğiyle eşleşecek ve bu ışık demetlerini yakalayarak elektriksel aktiviteye dönüştürecek opsin adını verdikleri yeni ışık sensör proteinleri geliştirdi.
Bu opsinler renkli ışıkla uyarıldıkları zaman nöron membranında açık bir kanala dönüşerek iyonların nöronu aktivite etmek için nöron içerisine hareketine neden oluyor.
Daha önce geliştirilen sensörler, keskin sinirsel vuruşları yakalamakta 50 kata kadar daha yavaştı. Işıkla uyarımları daha uzun sürdüğü için( ve inaktif hale getirilmesi daha da uzun sürüyordu) bu sensörler, ağın normal aktivasyon örüntülerini değiştiren bir şekilde sinirsel aktiviteyi“ uzatmaktadır”.
Yeni geliştirilen opsinler ise bu anlamda büyük bir adım. Örneğin, UC Berkeley araştırma ekibi tarafından geliştirilmiş bir opsin olan ChroME, daha önceki opsinlere kıyasla elektriksel akımı 3-5 kat daha güçlü tetiklemektedir ve ışığa o kadar hızlı yanıt verir ki her ışık atımı başına bir artış oluşturmak mümkündür.
Pégard bunun“ normal, aktif, uyanık beyinde olan şeylere benzer bir sinirsel aktivite örüntüsü sentezlenmesini mümkün kıldığını” söyledi.
Araştırma ekibi geliştirdikleri opsinleri başka bir hile ile birleştirdi: aktive edildiğinde nöronların bir floresan fener gibi yanmasını sağlayan bir protein( buna benzer bir şey). Bu sayede ekip sinirsel aktiviteyi gerçek zamanlı olarak mikroskop altında takip edebiliyor.
Sensors on Steroids Better hardware was only half of the advance.
To match the targeting prowess of 3D-SHOT, the team also developed new light-sensing proteins, called opsins, to capture and translate those light beams into electrical activity.
Once stimulated with colored light, opsins turn into an open channel on the neuron’ s membrane, causing ions to rush in and the neuron to fire.
Previous sensors were roughly 50 times too slow to capture the sharp spikes of neuronal firings. Because they took a long time to respond to light stimulation( and an even longer time to inactivate), these sensors essentially“ stretched” out neural activity in a way that loses the network’ s normal spiking patterns.
The new opsins are a huge step up. For example, ChroME, an opsin developed by the UC Berkeley team, triggers electrical currents three to five times stronger than past opsins, and it reacts so fast to light that it’ s possible to generate one spike per light pulse.
This makes it“ possible to synthesize patterns of neural activity that resemble what happens in a normal, active, awake brain,” said Pégard.
The team combined their opsins with another trick: a protein that makes neurons light up like a florescent torch when activated( something similar to this). This lets them track neural activity patterns in real-time under a microscope.
All-Optical Read-Write System
In a test run, the team holographically stimulated sets of sensory neurons inside a mouse’ s cortex while it’ s running on a treadmill.( The mouse’ s head is fixed with a clamp-like device to prevent its brain from jostling.)
The hologram triggered waves of activity within the stimulated ensembles. Non-targeted neurons, even those equipped with the new opsins, remained blissfully silent.
As another testament to the technology’ s precision, light stimulation didn’ t change the mouse’ s running behavior an activity mainly controlled by motor neurons.
But did it generate some sort of artificial sensation? If neural activity underlies everything we experience, shouldn’ t artificially tickling the brain make the mice feel something?
Maybe. Randomly stimulating sensory neurons might not do much, explained Mardinly. But if scientists can identify the neurons that work together in ensembles to encode a feeling, they might be able to program these commands into the mouse in the near future using this technology.
The team has already designed a protocol that allows them to“ copyand-paste” activity patterns in the brain. For example, they can record network activity from certain locations, turn those recordings into holograms, and shine it back into the brain at the same spots. Essentially, scientists may soon be able to holographically replay actual neural patterns back into the mouse brain, tricking it into feeling, seeing, or smelling something that’ s not really there.
196 www. sektorumdergisi. com Haziran June 2018