Een team van neurowetenschappers en elektrotechnici uit Duitsland en Zwitserland heeft een zeer gevoelig implantaat ontwikkeld dat het mogelijk maakt om de hersenfysiologie te onderzoeken met een ongeëvenaarde ruimtelijke en temporele resolutie. Ze introduceren een ultrafijne naald met een geïntegreerde chip die nucleaire magnetische resonantie (NMR) gegevens kan detecteren en verzenden van nanolitervolumes van het zuurstofmetabolisme in de hersenen. Het baanbrekende ontwerp zal geheel nieuwe toepassingen in de life sciences mogelijk maken.

De groep onderzoekers onder leiding van Klaus Scheffler van het Max Planck Instituut voor Biologische Cybernetica en de Universiteit van Tübingen en Jens Anders van de Universiteit van Stuttgart identificeerden een technische bypass die de elektrofysische grenzen van hedendaagse hersenscanmethoden overbrugt. Hun ontwikkeling van een capillaire monolithische nucleaire magnetische resonantie (NMR) naald combineert de veelzijdigheid van hersenbeeldvorming met de nauwkeurigheid van een zeer gelokaliseerde en snelle techniek om de specifieke neuronale activiteit van de hersenen te analyseren. "Het geïntegreerde ontwerp van een nucleaire magnetische resonantiedetector op een enkele chip vermindert de typische elektromagnetische interferentie van magnetische-resonantiesignalen in hoge mate. Hierdoor kunnen neurowetenschappers nauwkeurige gegevens verzamelen uit minuscule hersengebieden en deze combineren met informatie uit ruimtelijke en temporele gegevens van de fysiologie van de hersenen, " legt hoofdonderzoeker Klaus Scheffler uit. "Met deze methode, we kunnen nu specifieke activiteit en functionaliteiten in de hersenen beter begrijpen."

Volgens Scheffler en zijn groep, hun uitvinding kan de mogelijkheid onthullen om nieuwe effecten of typische vingerafdrukken van neuronale activering te ontdekken, tot specifieke neuronale gebeurtenissen in hersenweefsel. "Onze ontwerpconfiguratie maakt schaalbare oplossingen mogelijk, wat betekent de mogelijkheid om de verzameling van gegevens uit te breiden van meer dan een enkel gebied, maar op hetzelfde apparaat. De schaalbaarheid van onze aanpak zal ons in staat stellen ons platform uit te breiden met aanvullende detectiemodaliteiten zoals elektrofysiologische en optogenetische metingen, ", voegt de tweede hoofdonderzoeker Jens Anders toe.

De teams van Scheffler en Anders hebben er alle vertrouwen in dat hun technische aanpak kan helpen om de complexe fysiologische processen binnen de neurale netwerken van de hersenen te ontbinden en dat het extra voordelen kan ontdekken die nog dieper inzicht kunnen geven in de functionaliteit van de hersenen. Met hun primaire doel om nieuwe technieken te ontwikkelen die specifiek de structurele en biochemische samenstelling van levend hersenweefsel kunnen onderzoeken, hun nieuwste innovatie maakt de weg vrij voor toekomstige zeer specifieke en kwantitatieve mapping-technieken van neuronale activiteit en bio-energetische processen in de hersencellen.