La capacità di stimolare i circuiti neurali con una luce di altissima precisione per controllare le cellule, l'optogenetica, è la chiave per entusiasmanti progressi nello studio e nella mappatura del cervello vivente. Allo stato attuale dell'arte, la luce modellata nello spazio proiettata tramite l'ottica dello spazio libero stimola piccoli, organismi trasparenti ed eccita i neuroni all'interno degli strati superficiali della corteccia.

Però, la dispersione e l'assorbimento della luce nel tessuto neurale fanno sì che la penetrazione della luce sia estremamente breve, rendendo impossibile l'utilizzo di metodi ottici nello spazio libero per sondare regioni del cervello più profonde di circa 2 mm.

In "Fotostimolazione modellata tramite sonde fotoniche a lunghezza d'onda visibile per l'optogenetica cerebrale profonda, " pubblicato oggi da SPIE, la società internazionale di ottica e fotonica, nel diario Neurofotonica , autore principale Eran Segev del gruppo del professor Michael Roukes al Caltech, insieme ai coautori di Caltech, Baylor College of Medicine, e la Stanford University, descrivere una soluzione. L'articolo è disponibile tramite accesso libero.

Il loro approccio combina nanofotonica e sistemi microelettromeccanici (MEMS) in un sistema impiantabile, ultra-sottile, sonda fotonica a base di silicio per fornire luce in profondità all'interno dei tessuti cerebrali. Questa tecnica minimamente invasiva evita importanti spostamenti di tessuto durante l'impianto.

Utilizzando tecniche di optogenetica, una proteina nel cervello funge da fotorecettore sensoriale e può essere controllata da specifiche lunghezze d'onda della luce. Queste tecniche combinate forniscono un nuovo approccio alla stimolazione dei circuiti cerebrali con notevole risoluzione, consentendo l'osservazione e il controllo dei singoli neuroni.

Queste scoperte presentano applicazioni diffuse e promettenti per le neuroscienze e le comunità di ricerca neuromedica. Dalla caratterizzazione del ruolo di neuroni specifici e dall'identificazione dei circuiti neurali responsabili del comportamento all'abilitazione di nuovi metodi di condizionamento operante attraverso l'attivazione di circuiti indotti dalla ricompensa, l'optogenetica è diventata una nuova strada per i neuroscienziati alla ricerca di progressi nelle capacità di ricerca.

L'articolo appare in una sezione speciale in Neurofotonica , Mappatura del cervello e terapie, con Shouleh Nikzad, Laboratorio di propulsione a getto, Caltech, in qualità di redattore ospite senior. La sezione speciale fa parte di una partnership SPIE con la Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), servire come un approccio multidisciplinare per l'utilizzo di tecnologie avanzate per risolvere disturbi e malattie neurologiche e per comprendere le neuroscienze. Lo sforzo è stato avviato durante il mandato di Nikzad come presidente SBMT nel 2015.