Het vermogen om neurale circuits te stimuleren met licht van zeer hoge precisie om cellen te controleren - optogenetica - is de sleutel tot opwindende vooruitgang in de studie en het in kaart brengen van het levende brein. In de huidige stand van de techniek, ruimtelijk patroonlicht geprojecteerd via optica in de vrije ruimte stimuleert kleine, transparante organismen en prikkelt neuronen in oppervlakkige lagen van de cortex.

Echter, lichtverstrooiing en absorptie in zenuwweefsel zorgen ervoor dat de lichtpenetratie extreem kort is, waardoor het onmogelijk is om optische methoden in de vrije ruimte te gebruiken om hersengebieden dieper dan ongeveer 2 mm te onderzoeken.

In "Gedessineerde fotostimulatie via fotonische sondes met zichtbare golflengte voor diepe hersenoptogenetica, " vandaag gepubliceerd door SPIE, de internationale vereniging voor optica en fotonica, in het journaal Neurofotonica , hoofdauteur Eran Segev van de groep van professor Michael Roukes bij Caltech, samen met co-auteurs van Caltech, Baylor College of Medicine, en Stanford University, een oplossing beschrijven. Het artikel is beschikbaar via open access.

Hun aanpak combineert nanofotonica en micro-elektromechanische systemen (MEMS) in een implanteerbare, ultra smal, op silicium gebaseerde fotonische sonde om licht diep in hersenweefsels te leveren. Deze minimaal invasieve techniek vermijdt grote weefselverplaatsing tijdens implantatie.

Met behulp van technieken van optogenetica, een eiwit in de hersenen dient als een sensorische fotoreceptor en kan worden gecontroleerd door specifieke golflengten van licht. Deze gecombineerde technieken bieden een nieuwe benadering van stimulatie van hersencircuits met opmerkelijke resolutie, observatie en controle van individuele neuronen mogelijk maken.

Deze doorbraken bieden wijdverbreide en veelbelovende toepassingen voor de neurowetenschappen en neuromedische onderzoeksgemeenschappen. Van het karakteriseren van de rol van specifieke neuronen en het identificeren van neurale circuits die verantwoordelijk zijn voor gedrag tot het mogelijk maken van nieuwe methoden voor operante conditionering door beloningsgeïnduceerde circuitactiveringen, optogenetica is een nieuw pad geworden voor neurowetenschappers die op zoek zijn naar vooruitgang in onderzoekscapaciteiten.

Het artikel verschijnt in een speciale sectie in Neurofotonica , Brain Mapping en Therapeutica, met Shouleh Nikzad, Jet Propulsion Laboratorium, Caltech, werkzaam als senior gastredacteur. De speciale sectie maakt deel uit van een samenwerking van SPIE met de Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), dienen als een multidisciplinaire benadering voor het gebruik van geavanceerde technologie om neurologische aandoeningen en ziekten op te lossen en om neurowetenschap te begrijpen. De inspanning werd gestart tijdens Nikzad's termijn als SBMT-president in 2015.