Het menselijk brein blijft grotendeels een zwarte doos:hoe het netwerk van snel bewegende elektrische signalen in gedachten verandert, beweging en ziekte blijft slecht begrepen. Maar het is elektrisch zodat het kan worden gehackt - de vraag is het vinden van een precieze, gemakkelijke manier om elektrische signalering tussen neuronen te manipuleren.

Een nieuwe studie van de Universiteit van Chicago laat zien hoe klein, door licht aangedreven draden zouden van silicium kunnen worden gemaakt om deze elektrische signalen te leveren. Gepubliceerd 19 februari in Natuur Nanotechnologie , de studie biedt een nieuwe weg om licht te werpen op - en misschien ooit te behandelen - hersenaandoeningen.

Tien jaar geleden, de wetenschappelijke wereld leefde van speculaties over een recent ontdekte techniek genaamd optogenetica, die neurale activiteit met licht zou manipuleren. Het probleem is dat het met genetica moet gebeuren:een gen in een doelcel inbrengen waardoor het op licht zou reageren. Andere manieren om neuronen te moduleren zijn sindsdien gesuggereerd, maar een perfect alternatief blijft ongrijpbaar.

Een team onder leiding van Asst. Prof. Bozhi Tian bouwde minuscule draadjes die eerder waren ontworpen voor zonnecellen. Deze nanodraden zijn zo klein dat honderden van hen naast elkaar op de rand van een vel papier zouden kunnen zitten - ze op dezelfde schaal plaatsen als de delen van cellen waarmee ze proberen te communiceren.

Deze nanodraden combineren twee soorten silicium om een ​​kleine elektrische stroom te creëren wanneer ze door licht worden geraakt. Goud, verspreid door een speciaal proces op het oppervlak van de draad, werkt als een katalysator om elektrochemische reacties te bevorderen.

"Als de draad op zijn plaats zit en verlicht is, het spanningsverschil tussen binnen en buiten de cel wordt iets kleiner. Dit verlaagt de barrière voor het neuron om een ​​elektrisch signaal af te vuren naar zijn naburige cellen, ' zei Tian.

Het team testte de aanpak met rattenneuronen die in een laboratorium waren gekweekt, en zagen dat ze inderdaad neuronen konden activeren om deze elektrische signalen af ​​te vuren.

"Het leuke is dat zowel goud als silicium biologisch compatibele materialen zijn, " zei afgestudeerde student Ramya Parameswaran, de eerste auteur van het onderzoek. "Ook, nadat ze in het lichaam zijn geïnjecteerd, structuren van deze omvang zouden binnen een paar maanden op natuurlijke wijze worden afgebroken."

"Het is een fundamentele maar veelbelovende aanpak, " zei Tian. Ze zijn van plan om het systeem naast dieren te testen, wat onderzoekers zou kunnen helpen om beter te begrijpen hoe deze elektrische signalen in de hersenen werken, en om manieren te suggereren om problemen zoals de ziekte van Parkinson of psychiatrische stoornissen aan te pakken.