跳到主要内容

话题

神经工程

神经工程

无线神经刺激器调节大鼠’ behaviour

The e-particle neurostimulator

使用植入式神经刺激器进行深部脑刺激(DBS)是治疗神经系统疾病(如帕金森病)的一种有前途的治疗方法’氏病,原发性震颤和癫痫病。但是有线神经刺激器通常会带来不利的副作用,例如感染,不适以及需要手术修复易碎部件和更换电池的副作用。同时,对于临床前研究,导线限制了动物’运动并限制潜在的应用。

就这样’迫切需要一种能够对脑深部结构进行精确,微创的调制的无线技术。为了满足此要求,我们的团队 马萨诸塞州综合医院德雷珀 正在研究新型无线神经刺激器e-Particle的潜力(J.神经。 。 10.1088 / 1741-2552 / aafc72)。

“如果我们了解不断变化的大脑活动如何改变行为,那么我们可以更好地了解大脑并设计更好的治疗方法,”高级作者解释 艾力克·威奇(Alik Widge). “改变大脑的最好方法之一就是刺激大脑。“挑战在于,在动物模型中,我们经常通过大号头戴式系绳来做到这一点,这限制了您的操作能力。您可以’进行社交行为实验,因为束缚会缠结;您可以’不要让动物像在大自然中一样探索洞穴和隧道。好的无线技术可以改变这一切。”

Research team

行为调制

亚毫米大小的e-Particle采用感应供电,不需要电池或头戴式系绳。为了测试该设备,研究人员在八只成年大鼠中执行了条件位置偏好(CPP)任务。他们通过手术将电子微粒植入每只动物的一侧’大脑,以行为实验的常见靶标内侧前脑束(MFB)为目标。为了进行比较,他们还在另一侧植入了Plastics One电极(有线刺激器)。

从手术中恢复后,将动物无刺激地放置在CPP场中,进行5次15分钟的适应训练。在接下来的连续两天中,他们进行了15分钟的刺激,每次进入选定的象限(最初,每只动物)时都会触发一次刺激脉冲’s最不喜欢的象限)。

在每轮CPP测试中,将大鼠随机分配为接受无线(数十微安,50 Hz)或有线(350μA,170 Hz)刺激。作者指出,在进行电子粒子刺激过程中,这些动物仍处于束缚状态,以适应各种条件。最后,研究人员进行了一次测试,将动物在CPP场中放置15分钟,没有刺激。

该分析表明,与基线阶段相比,对于有线组,在第一和第二次刺激阶段(表明强烈的位置偏爱条件)和测试阶段,刺激象限所花费的时间显着增加。无线组中的动物在第二次刺激阶段和测试阶段也花费更多时间在刺激象限中,而在第一次刺激阶段中则没有。

Behavioural 资源ults

这些结果证实了电子粒子可以调节大鼠’由MFB刺激的行为。无线刺激比有线刺激花费更长的时间来实现CPP,但最终在位置偏好度上没有差异。较长的培训时间可能与电子粒子有关’与有线设备相比,其脉冲幅度更低。

“该技术设计以及更普遍的这些无电池,能量收集无线系统的挑战之一是,由于能量收集系统的物理特性,它们目前的交付受到限制,” explains Widge. “以相同或更小的外形获得更有效的场-电流转换将很重要。”

脑活动

完成CPP测试后,每只大鼠接受15分钟的电子微粒和有线刺激。六十分钟后,处死动物,研究人员进行了免疫组织化学测量以测量c-fos,c-fos是近期大脑活动的标志。

在e-Particle植入物的侧面,伏隔核(接受MFB投影)中的c-fos表达明显高于运动皮质(不接受)。这表明电子粒子成功激活了MFB及其投影。 Widge指出,尽管它们向目标区域提供不同量的电流,但有线和无线刺激以非常相似的方式影响大脑活动。

研究人员得出结论,电子粒子可以刺激特定的目标,并且这种刺激可以有效地调节行为。他们现在致力于提高其激活神经结构的能力,同时减少组织损伤。

“为此,我们与 Polina Anikeeva 麻省理工学院(MIT)的研究人员,他开发了类似地从频率调谐磁场中收集能量的纳米级粒子,” Widge tells 物理世界. “We’重新考虑使用她的技术来修改奖励行为,这一行为与本研究中看到的行为非常相似。”

版权©2020年由IOP 出版 Ltd和个人贡献者