亚利桑那大学生物医学工程教授菲利普·古特鲁夫是论文的第一作者，论文发表在《自然电子》杂志上。
光遗传学是一种生物技术,利用光打开或关闭特定大脑中的神经元组织。例如,研究人员可能使用optogenetic刺激瘫痪或恢复运动,在未来,关闭的大脑区域或脊柱,导致疼痛,不再需要,越来越依赖,阿片类药物和其他止痛药。
“我们制造这些工具是为了了解大脑的不同部分是如何工作的，”古特鲁夫说。“光遗传学的优势在于你有细胞特异性:你可以瞄准特定的神经元群，并在整个大脑的背景下研究它们的功能和关系。”
在光遗传学中，研究人员将一种叫做视蛋白的蛋白质装载到特定的神经元上，视蛋白将光转化为构成神经元功能的电势。当研究人员将光线照射到大脑的某个区域时，它只会激活opsin负载的神经元。
光遗传学的第一个迭代涉及到通过光纤向大脑发送光，这意味着实验对象被物理地拴在一个控制站上。研究人员继续开发一种使用无线电子设备的无电池技术，这意味着受试者可以自由移动。
但这些装置也有它们的局限性——它们体积庞大，而且常常附着在颅骨外，无法精确控制光的频率或强度，而且一次只能刺激大脑的一个区域。
更多的控制和更少的空间
“在这项研究中，我们进一步走了两到三步，”古特鲁夫说。“我们能够对发出的光的强度和频率进行数字控制，而且这些设备非常小，所以可以植入头皮下。”我们还可以独立地刺激同一受试者大脑的多个部位，这在以前也是不可能的。
控制光线强度的能力至关重要，因为它能让研究人员精确地控制光线对大脑的影响程度——光线越亮，到达的距离就越远。此外，控制光的强度意味着控制光源产生的热量，避免被热激活的神经元意外激活。
这种无线的、无电池的植入物由外部振荡磁场提供动力，而且，尽管它们具有先进的功能，但并不比过去的版本大多少、重多少。此外，一种新的天线设计消除了以往版本的光遗传装置所面临的一个问题，即被传输到该装置的信号强度会随着大脑角度的不同而变化:受试者会转头，信号就会减弱。
Gutruf说:“这个系统在一个外壳里有两个天线，我们可以快速地来回切换信号，这样我们就可以在任何方向上为植入物供电。”“在未来，这项技术可以提供不需要电池的植入物，提供不间断的刺激，不需要移除或更换设备，从而比目前的起搏器或刺激技术具有更小的侵入性。”
这些设备被植入一种简单的外科手术过程，类似于人类植入神经刺激器或“大脑起搏器”的外科手术。它们不会对受试者产生不良影响，而且它们的功能不会随着时间的推移而在体内退化。这可能会对心脏起搏器等医疗设备产生影响，目前心脏起搏器需要每5到15年更换一次。
这篇论文还证明，植入这些设备的动物可以通过计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)安全成像，从而深入了解骨和组织状态以及设备位置等临床相关参数。
——文章发布于2019年1月2日
