ابتكر مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا الآن تقنية جديدة للكشف عن أي نشاط كهربائي أو إشارات ضوئية في الدماغ باستخدام جهاز استشعار طفيف التداخل للتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI).
غالبًا ما يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي لقياس التغيرات في تدفق الدم التي تمثل نشاط الدماغ بشكل غير مباشر ، ولكن فريق MIT ابتكر نوعًا جديدًا من مستشعر التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) يمكنه اكتشاف التيارات الكهربائية الصغيرة ، فضلاً عن الضوء الناتج عن بروتينات الانارة. (تنبعث النبضات الكهربائية من الاتصالات الداخلية للدماغ ، ويمكن إنتاج الإشارات الضوئية بواسطة مجموعة متنوعة من الجزيئات التي طورها الكيميائيون والهندسة البيولوجية).
"تقدم تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي وسيلة لإحساس الأشياء من الخارج من الجسم بطريقة أقل بضعا" ، كما يقول أفيعاد هاي ، وهو ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة. "لا يتطلب ذلك اتصالاً سلكيًا بالدماغ. يمكننا زرع جهاز الاستشعار وتركه هناك فقط."
هذا النوع من أجهزة الاستشعار يمكن أن يعطي علماء الأعصاب طريقة دقيقة مكانيًا لتحديد النشاط الكهربائي في الدماغ. ويقول الباحثون إنه يمكن أيضا استخدامه لقياس الضوء ويمكن تكييفه لقياس المواد الكيميائية مثل الجلوكوز.
آلان جاسانوف ، وهو أستاذ في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الهندسة البيولوجية ، والدماغ والعلوم المعرفية ، والعلوم والهندسة النووية ، وعضو مشارك في معهد ماكغوفرن لأبحاث الدماغ التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، هو المؤلف الرئيسي للورقة ، والذي يظهر في العدد الصادر في 22 أكتوبر / تشرين الأول. طبيعة الهندسة الطبية الحيوية. كما أن باحثي ما بعد الدكتوراة Virginia Spanoudaki و Benjamin Bartelle من مؤلفي هذه المقالة.
الكشف عن المجالات الكهربائية
وقد قام مختبر Jasanoff في السابق بتطوير أجهزة استشعار MRI يمكنها الكشف عن الكالسيوم والنواقل العصبية مثل السيروتونين والدوبامين. في هذه الورقة ، أرادوا توسيع نهجهم للكشف عن الظواهر الفيزيائية الحيوية مثل الكهرباء والضوء. حاليًا ، الطريقة الأكثر دقة لمراقبة النشاط الكهربائي في الدماغ هي عن طريق إدخال قطب كهربائي ، وهو غازي جدًا ويمكن أن يتسبب في تلف الأنسجة. يعد تخطيط كهربية الدماغ (EEG) طريقة غير قاسية لقياس النشاط الكهربائي في الدماغ ، ولكن هذه الطريقة لا يمكنها تحديد أصل النشاط.
لإنشاء جهاز استشعار يمكنه اكتشاف الحقول الكهرومغناطيسية ذات الدقة المكانية ، أدرك الباحثون أنه يمكنهم استخدام جهاز إلكتروني - تحديدًا ، هوائي راديو صغير.
يعمل التصوير بالرنين المغناطيسي عن طريق الكشف عن موجات الراديو المنبعثة من نوى ذرات الهيدروجين في الماء. عادةً ما يتم اكتشاف هذه الإشارات بواسطة هوائي راديو كبير داخل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي. في هذه الدراسة ، قام فريق MIT بتقليل هوائي الراديو إلى حجم يصل إلى بضعة ملليمترات فقط حتى يمكن زرعه مباشرة في الدماغ لاستقبال موجات الراديو التي تولدها المياه في أنسجة المخ.
يتم ضبط المستشعر في البداية على نفس تردد الموجات الراديوية المنبعثة من ذرات الهيدروجين. عندما يلتقط المستشعر إشارة كهرمغنطيسية من النسيج ، فإن تغيرات الضبط والمستشعر لم تعد تتطابق مع تردد ذرات الهيدروجين. عند حدوث ذلك ، تظهر صورة أضعف عندما يتم مسح المستشعر بواسطة جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي الخارجي.
وأظهر الباحثون أن أجهزة الاستشعار يمكن أن تلتقط إشارات كهربائية مشابهة لتلك التي تنتجها إمكانات الفعل (النبضات الكهربائية التي تطلقها الخلايا العصبية المنفردة) ، أو إمكانات المجال المحلي (مجموع التيارات الكهربائية التي تنتجها مجموعة من الخلايا العصبية).
يقول جاسانوف: "لقد أظهرنا أن هذه الأجهزة حساسة لإمكانات النطاق البيولوجي ، حسب ترتيب الميلوفولت ، والتي يمكن مقارنتها بما يولده النسيج البيولوجي ، خاصة في الدماغ".
وأجرى الباحثون اختبارات إضافية على الفئران لدراسة ما إذا كانت أجهزة الاستشعار يمكنها التقاط إشارات في أنسجة المخ الحية. لهذه التجارب ، قاموا بتصميم أجهزة الاستشعار لاكتشاف الضوء المنبعث من الخلايا المهندسة للتعبير عن بروتين luciferase.
عادة ، لا يمكن تحديد موقع luciferase الدقيق عندما يكون عميقا داخل الدماغ أو الأنسجة الأخرى ، لذلك يقدم المستشعر الجديد وسيلة لتوسيع فائدة luciferase وتحديد بدقة أكثر الخلايا التي تنبعث منها الضوء ، ويقول الباحثون. عادة يتم تصميم Luciferase في خلايا جنبا إلى جنب مع جينة أخرى من الفائدة ، مما يسمح للباحثين بتحديد ما إذا كانت الجينات قد أدمجت بنجاح من خلال قياس الضوء المنتج.
أصغر أجهزة الاستشعار
ومن المزايا الرئيسية لهذا المستشعر أنه لا يحتاج إلى حمل أي نوع من إمدادات الطاقة ، لأن الإشارات اللاسلكية التي يصدرها ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) الخارجي كافية لتشغيل المستشعر.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق