UMass、高解像度デュアルカラー光電脳プローブを開発

January, 5, 2024, Cambridge--マサチューセッツ大学アマースト校(University of Massachusetts Amherst)の研究チームは、初のデュアルカラー光電子神経プローブを開発した。
従来の単色プローブでは、脳の活動を一方向(興奮または抑制、両方ではない)のみで制御することが多いが、この新設計では、脳の特定の皮質層内の同じニューロンの電気的活動を増強し、沈黙させることができる。これは、大脳皮質と脳深部領域内に密集した神経微小回路の研究を支援し、長期的には脳の機能マッピングに追加することが期待されている。

この研究の主任研究者であるGuangyu Xuは、そのデバイスが最終的に研究者が脳疾患の原因を特定するのに役立つことを期待している。同氏は、UMass AmherstのDev and Linda Gupta教授に任命されている。

Xuの説明によると、このデバイスは、光を使って神経活動を制御する方法であるオプトジェネティクス（光遺伝学）に基づいている。
「電気的な神経記録信号からわかるように、われわれは、2色の光(赤または青)のうちの1つを脳に送り、各皮質層内のニューロンをより活発にしたり、より静かにしたりすることができる。この能力、すなわち双方向の光遺伝学的電気生理学は、脳回路の高解像度調査に役立ち、動物の疾患モデルに光を当てる」（Xu）。

双方向制御は、テンカンやパーキンソン病などの疾患の理解を進めるために重要な特徴である。「例えば、テンカンの場合、脳の特定の領域を活性化させるのではなく、沈黙させる必要があるかも知れない。この要件は、このようなデュアルカラーデバイスを構築する動機の1つである。プローブの2番目の色は、脳の光学制御に柔軟性をもたらす」（Xu）。
このようなデバイスを構築するのは簡単ではなく、様々なオプトエレクトロニクス材料を、互いに低いクロストークで小さなフットプリント(1㎜未満)に詰め込む必要がある。「この研究では、高収率の統合アプローチを開発した」とXuは話している。

Cell Reports Physical Science誌に掲載されたこの研究は、この技術の最初の予備試験であり、マウスの脳の高い空間分解能と双方向制御を提供するデバイスの能力を示している。「われわれがマウスで行ったのは、青や赤のLEDを点灯させて、同じ局所的な脳回路を遮断したり、ONにしたりすることだった。この空間分解能は特定の皮質層に帰着する。これは記録の痕跡で示唆されている」（Xu）。

Xuは、将来の研究は、体の他の部分、おそらく脳の外側でのデバイスのテストにまで及ぶと予想している。