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光音響デバイス、シングルニューロンを変調

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August, 10, 2021, Boston--高い空間分解能の神経刺激は、脳回路の洞察を進め、神経の問題に対処する際に重要である。経頭蓋集束超音波が、マウスやウサギなど、動物から運動反応を引き出す非遺伝学的方法として登場してきた。
 人間も、超音波刺激の利用により感覚反応を示すことが可能である。しかし、従来のピエゾベーストランスデューサは、数ミリに限られている。単一細胞レベルで機械的刺激の把握を可能にし、潜在的な臨床アプリケーションに高い精度を提供する、より高精度の新しい戦略は、まだ探求中である。

ボストン大学(BU)化学部の研究チームは協働して、テーパーファイバ光音響エミッタ(TFOE)を研究、開発した。TFOEは、光音響効果を活用し、TFOEファイバ端から40µm離れた特徴的距離内に音響場を生成する。これにより単一ニューロン、軸索や樹状突起など、小さな細胞構造の選択的活性化が可能になる。時間的に、TFOEは3nsのレーザパルスをサブマイクロ秒(µs)音響パルスに変換する。好結果のニューロン活性化は、生成されたシングル音響パルスを利用して達成された。これは、成功したニューロン活性化では、これまでで最短の音響刺激である。重要な点は、TFOEによって生成された近接場超音波が光音響刺激を可能にし、ホールセルパッチクランプ記録を使って初めて、細胞応答を同時モニタリングしていることである。超音波刺激に対するこれらの単一細胞電気生理学的反応の特性解明は、初めて達成されたのであり、従来の超音波を利用しては、見ることが難しかった。これらの成果が示すことは、神経系の非遺伝学的刺激のための新技術として、高い空間的、時間的精度をもつTFOEの素晴らしい潜在性である。多くの新しい研究機会が、TFOEによる新しい機会によって開かれる。
(詳細は、https://www.bu.edu)