دانشمندان دانشگاه شیکاگو به هک مغز نزدیک شدند

یک گروه از محققان دانشگاه شیکاگو روش جدیدی برای استفاده از نور و فناوری نانو برای نفوذ به عملکرد مغز کشف کردند.

کد خبر: ۲۰۸۴۱۳

تاریخ: ۲۲ اسفند ۱۳۹۶ - ۰۹:۵۳

به گزارش ایران اکونومیست به نقل از ورج، دانشمندان علوم اعصاب و مهندسان برای چندین دهه می‌خواسته‌اند اسرار مغز انسان را کشف کنند. فیلم‌های علمی-تخیلی فقط برای درک این ایده که مغز انسان را می‌توان "هک" کرد، ساخته شده‌اند.

اما یک تیم از محققان ممکن است در واقع جهان را به طور قابل توجهی به دستکاری مغز نزدیک کند.

محققان دانشگاه شیکاگو از سیم‌های سیلیکونی نوری کوچک برای تغییر نحوه واکنش مغز استفاده کردند. یک روز این فرآیند می‌تواند برای درمان اختلالات مغزی استفاده شود.

یافته‌ها به تکنیکی به نام "اپتوژنتیک"(optogenetics) منتهی می‌شود. این روش که 10 سال از ابداعش می‌گذرد، از نور برای شکل دادن فعالیت‌های عصبی استفاده می‌کند. با این حال، مشکل این بود که هر روش اپتوژنتیک اغلب شامل دستکاری ژن نیز بود.

محققان دانشگاه شیکاگو در مطالعه خود مسیر دیگری را طی کردند. به جای دستکاری ژن، آنها به فناوری نگاه داشتند و از نانوسیم استفاده کردند که در ابتدا برای سلول‌های خورشیدی طراحی شده بود.

دانشمندان نانوسیم‌ها را با دو نوع سیلیکون ترکیب کردند که در مواجهه با نور، جریان الکتریکی تولید کنند.

"بوژی تیان"، محققان را در کار خود روی نورون‌های موش در آزمایشگاه سرپرستی می‌کرد.

وی گفت: هنگامی که سیم در محل درست و روشن است، تفاوت ولتاژ بین داخل و خارج از سلول کمی کاهش می‌یابد. این ممانعت نورون برای شلیک یک سیگنال الکتریکی به سلول‌های همسایه خود را می‌کاهد.

به طور خاص، محققان با استفاده از یک هسته "p-type" (بورون آلایش شده) و پوسته "n-type" (فسفرآلایش شده) با سطح اتمی طلا استفاده کرد. سپس این فلزات در معرض نور قرار می‌گیرند و حامل‌های عصبی برانگیخته شده از سیم‌ها عبور می‌کنند که در هسته و نقطه اتصال پوسته جدا می‌شوند.

آلایش یا دوپینگ فرآیندی در ساخت نیمه‌رساناها است که در آن ناخالصی‌هایی برای تغییر در ویژگی‌های الکتریکی نیمه‌رساناها به آنها افزوده می‌شود. به این دسته نیمه‌رساناها، نیمه‌رسانای غیرذاتی(exterinsic) گفته می‌شود، در مقابل نیمه‌رسانای ذاتی(intrinsic) که به نیمه‌رساناهای خالص گفته می‌شود.

"تیان" توضیح داد: این الکترون‌ها پس از آن در واکنش‌های الکتروشیمی کاتدی در یک راه الکترولیتی به کار می‌روند و یک جریان کاتدی(منفی) تولید می‌کنند. پس از آن که نانوسیم‌های(هم‌قطب)کواکسیال را با یک غشاء نورونی هدف قرار می‌دهیم، این جریان، غشای ضخیم را بدون قطب می‌کند و اثر یک پالس عصبی را تقلید می‌کند و موجب می‌شود نورون فعالیت کند.

محققان کشف کردند که آنها می‌توانند در واقع باعث شلیک سیگنال توسط نورون‌ها به سلول‌های همسایه‌شان شوند و تنها یک نانوسیم برای شلیک این نورون کفایت می‌کند.

"رامیا پارامس‌واران"، دانشجوی کارشناسی ارشد شریک در این مطالعه گفت: چیز خوبی که در این مورد وجود دارد این است که هم طلا و هم سیلیکون، مواد سازگار با مواد بیولوژیکی هستند. همچنین، پس از تزریق به بدن، ساختارهایی با این اندازه به طور طبیعی در عرض چند ماه تخریب خواهند شد.

سیلیکون نقش مهم و نسبتا مقرون به صرفه‌ای در این فرایند ایفا می‌کند، به خصوص در مقایسه با سایر تکنولوژی‌هایی که تلاش می‌کنند همین پاسخ را تحریک و دریافت کنند.

"تیان" گفت: این ابزار می‌تواند برای هر دو مطالعات بنیادین بیوالکتریک و درمان‌های بالینی مورد استفاده قرار گیرد. سیلیکون به شدت نور نزدیک به مادون قرمز، طول موجی که عمیقا به بافت بیولوژیکی نفوذ می‌کند را جذب می‌کند. به این معنی که اگر داخل بافت تزریق شود، نانوسیم‌ها می‌توانند برای تحریک اعصاب محیطی(تا 1 سانتی متر زیر پوست) استفاده شوند. این روش در نهایت می‌تواند به درمان غیرتهاجمی بیماری‌هایی که به علت درد شدید نوروپاتی، مانند بیماری نوروپاتی پیرامونی دیابت منجر شود.

گام بعدی برای این تیم شامل آزمایش روی حیوانات است که با دیدن اثر نانوسیم‌ها و نور بر موجودات زنده، بتوانند این روش را در درمان بیماری پارکینسون و سایر اختلالات مبتنی بر مغز مورد استفاده قرار دهند.