Ein Forschungsteam der Abteilung für Elektro- und Informationstechnik an der Technischen Universität Toyohashi hat eine MicroLED-Neuralsonde für die Neurowissenschaften entwickelt. Dieses MicroLED-Gerät kann die neuronale Aktivität im Gehirn optogenetisch steuern und beobachten. Die Arbeit "Development of a neural probe integrated with high-efficiency MicroLEDs for in vivo application" wurde im Japanese Journal of Applied Physics veröffentlicht.
Es wurde eine LED-Sonde mit 16 MicroLEDs in einem Schaft hergestellt und es wurde berichtet, dass sie die neurale Aktivität in der Großhirnrinde in vivo effektiv in Richtung der Tiefe aktivieren kann. Dieses Design ermöglichte eine komplexe Manipulation der neuronalen Aktivität. Elektrophysiologische Experimente erfordern jedoch die Verwendung von neuronalen Aufzeichnungselektroden, um die manipulierte neuronale Aktivität zu erfassen.
Da die LED-Sonde und die Sonde für die neuronalen Aufzeichnungselektroden unterschiedlich sind, muss die Position jeder Sonde genau kontrolliert und beide Geräte zur Beobachtung eingesetzt werden. Daher ist die Entwicklung einer integrierten MicroLED-Sonde und einer Sonde für neuronale Aufzeichnungselektroden unerlässlich.
Eine neue optogenetische Technologie, die die Manipulation und Aufzeichnung einzelner Neuronen in den tiefen Regionen ermöglicht, wurde bereits realisiert; es gibt jedoch nur wenige Berichte über solche integrierten Sonden. Darüber hinaus sind die bisher bekannten Sonden nicht für die neurowissenschaftliche Forschung geeignet, da die Lichtleistung von MicroLEDs aufgrund ihrer geringen Größe nur einige μW beträgt. Eine Vergrößerung der MicroLEDs führt zwar zu einer Erhöhung der Lichtleistung, aber diese Vergrößerung verringert auch die räumliche Auflösung und erhöht die durch die Stimulation verursachte Wärmemenge, was zu größeren Wärmeschäden führt. Daher ist es notwendig, den Kompromiss zwischen Lichtleistung und Baugröße zu optimieren; außerdem ist der Einbau hocheffizienter LED-Bauteile erforderlich, die die Joulesche Wärme unterdrücken.
In dieser Studie wurde eine neuronale Sonde mit sechs Mikro-Licht emittierenden Dioden (MicroLEDs) und 15 neuronalen Elektroden für optogenetische Anwendungen hergestellt. Lokale Feldpotentiale, die Informationen über die neuronale Aktivität liefern, wurden erfolgreich mit der neuronalen Sonde aufgezeichnet, was auf die Wirksamkeit der neuronalen Elektroden hinweist. Die MicroLEDs auf der Sonde wiesen eine sehr konsistente Strom-Spannungs-Charakteristik und eine ausreichende Lichtleistung von 20 mW mm-2 bei 1 mA auf, um die neuronale Aktivität zu beeinflussen. Die Lichtverteilung im Hirngewebe wurde simuliert, um die Fläche der optischen Stimulation und die Anzahl der optisch stimulierten Neuronen zu schätzen. Der Anstieg der LED-Temperatur, d. h. ΔT, wurde untersucht, da hohe Temperaturen das Hirngewebe schädigen können. Es wurde eine Kurve erstellt, die die Beziehung zwischen ΔT und der Effizienz des Wandsteckers veranschaulicht. Durch die Installation eines Ag-Spiegels auf der Rückseite einer MicroLED konnte der Wirkungsgrad der Wandsteckdose um das 1,8-fache erhöht werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die neuronale MicroLED-Sonde einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der optogenetischen Technologie für die neurowissenschaftliche Forschung leisten könnte.
Weitere Informationen:https://medicalxpress.com/news/2021-01-microled-neural-probe-neuroscienc [This is automatically translated from English