optogenéticamente la actividad neuronal en el cerebro
Un equipo de investigación del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad Tecnológica de Toyohashi ha desarrollado una sonda neural MicroLED para la neurociencia. Esta herramienta MicroLED puede controlar y observar optogenéticamente la actividad neuronal en el cerebro. El trabajo "Development of a neural probe integrated with high-efficiency MicroLEDs for in vivo application" (Desarrollo de una sonda neural integrada con MicroLEDs de alta eficiencia para su aplicación in vivo) se publicó en el Japanese Journal of Applied Physics.
Se fabricó una sonda LED con 16 MicroLEDs en un solo vástago y se informó de que activaba eficazmente la actividad neuronal en la dirección de la profundidad en la corteza cerebral in vivo. Este diseño permitió la realización de una compleja manipulación de la actividad neural; sin embargo, los experimentos electrofisiológicos requieren el uso de electrodos de registro neural para capturar la actividad neural manipulada.
Dado que la sonda LED y la sonda de electrodos de registro neural son diferentes, es necesario controlar con precisión la posición de cada sonda e insertar ambos dispositivos para su observación. Por lo tanto, el desarrollo de una sonda integrada de MicroLED y de electrodos de registro neural es esencial.
Se ha realizado una nueva tecnología optogenética que permite la manipulación y el registro de neuronas individuales en las regiones profundas; sin embargo, hay pocos informes de tales sondas integradas. Además, entre las que se han reportado, no son adecuadas para la investigación en neurociencia porque la salida de luz de los MicroLEDs es tan baja como varios μW debido a su pequeño tamaño. Aunque un aumento del tamaño de los MicroLEDs conduce a un aumento de la salida de luz, este aumento de tamaño también disminuye la resolución espacial y aumenta la cantidad de calor inducido por la estimulación, lo que resulta en más daño por calor. Por lo tanto, es necesario optimizar el equilibrio entre la salida de luz y el tamaño del dispositivo; además, se requiere la instalación de dispositivos LED altamente eficientes que supriman el calor Joule.
En este estudio, se fabricó una sonda neural con seis microdiodos emisores de luz (MicroLED) y 15 electrodos neurales para su aplicación optogenética. Los potenciales de campo locales, que proporcionan información sobre la actividad neural, se registraron con éxito utilizando la sonda neural, lo que indica la eficacia de los electrodos neurales. Los MicroLEDs en la sonda mostraron características de corriente-voltaje altamente consistentes y una salida de luz suficiente de 20 mW mm-2 a 1 mA para manipular la actividad neural. Se simuló la distribución de la luz en el tejido cerebral para estimar el área de estimulación óptica y el número de neuronas estimuladas ópticamente. Se investigó el aumento de la temperatura del LED, es decir, ΔT, porque las altas temperaturas pueden dañar el tejido cerebral. Se obtuvo una curva que ilustra la relación entre ΔT y la eficiencia del tapón. La eficiencia del enchufe de pared aumentó 1,8 veces al instalar un espejo de Ag en la parte posterior de un MicroLED. Estos resultados sugieren que la sonda neural MicroLED contribuiría significativamente al desarrollo de la tecnología optogenética destinada a la investigación en neurociencia.
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