Используя миниатюрное электронное устройство, имплантированное в мозг, ученые подключились к внутренней системе вознаграждения мышей, подталкивая нейроны к высвобождению дофамина, химического вещества, связанного с удовольствием.
"Вы хотите, чтобы свет проникал в глубины мозга," Роджерс говорит. "Мы думаем, что придумали несколько мощных стратегий, которые включают сверхминиатюрные устройства, которые могут передавать световые сигналы глубоко в мозг и в другие органы в будущем."
Используя свет от светодиодов клеточного масштаба для стимуляции продуцирующих дофамин клеток в мозгу, исследователи научили мышей совать носы через определенное отверстие в лабиринте. Каждый раз, когда мышь просовывала нос в отверстие, система запускала беспроводную активацию светодиодов в имплантированном устройстве, которые затем излучали свет, заставляя нейроны выделять дофамин, химическое вещество, связанное с естественной системой вознаграждения мозга.
"Мы использовали светодиодные устройства, чтобы активировать сети клеток мозга, на которые влияют вещи, которые вы считаете полезными в жизни, например секс или шоколад," говорит соавтор Джордан Джи. МакКолл, аспирант кафедры нейробиологии Вашингтонского университета биологии и биомедицинских наук. "Когда клетки мозга были активированы для высвобождения дофамина, мыши быстро научились совать нос через отверстие, даже если они не получали никакой еды в качестве награды. У них также выработалось ассоциированное предпочтение области возле дыры, и они, как правило, торчали вокруг этой части лабиринта."
Исследователи считают, что светодиодные имплантаты могут быть полезны в других типах нейробиологических исследований или даже могут быть применены к другим органам. Сопутствующие устройства уже используются для стимуляции периферических нервов для снятия боли. Другие устройства со светодиодами нескольких цветов могут активировать и управлять сразу несколькими нейронными цепями. Помимо крошечных светодиодов, устройства также оснащены миниатюрными датчиками для определения температуры и электрической активности мозга.
Брухас и его коллеги уже начали другие исследования мышей, используя светодиодные устройства для управления нейронными цепями, которые участвуют в социальном поведении. Это может помочь ученым лучше понять, что происходит в мозге при таких расстройствах, как депрессия и тревога.
"Мы считаем, что эти устройства позволят нам изучать сложный стресс и поведение при социальном взаимодействии," Брухас объясняет. "Эта технология позволяет нам гораздо более эффективно отображать нейронные цепи в отношении таких вещей, как стресс и боль."
Беспроводные имплантаты microLED представляют собой совместные усилия Бруха и Роджерса. В прошлом году вместе с Робертом В. Геро IV, доктор философии, профессор анестезиологии, они были удостоены награды директора NIH за проект трансформационных исследований за разработку и проведение исследований с использованием новых устройств и оптогенетики, которые включают активацию или ингибирование клеток мозга светом.