Нейтральные электроды из графена открывают путь для исследований мозга
 Графеновый узор, представляющий собой электроды, контактирует с золотым площадками, обеспечивающими взаимодействие с системой сбора данных. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Электрофизиологические записи показывают активность нейрона, но не могут обеспечить пространственной информации высокого разрешения, т.к. доступ электродов в мозг ограничен его геометрией. Рассматривая срез мозга, можно наблюдать временные шаблоны активности в каком-то одном фрагменте электрофизиологических записей. Использование методик оптического отображения позволяет получить информацию о пространственном распределении нейронов и их соединениях в каком-то одном фрагменте слоя мозга, и эти данные можно объединить с результатами электрофизиологических исследований для формирования выводов о нервной динамике. Но до сих пор ученым не удавалось разработать методики исследования нейронных сетей, одновременно дающие информацию и о пространственном распределении, и о временных аспектах взаимодействия. Связано это с тем, что нейронные электроды традиционно изготавливают из металлов, которые не являются оптически прозрачными и блокируют из поля зрения часть мозга в процессе оптических исследований. В то же время, металлы взаимодействуют с используемым лазерным излучением и создают артефакты, которые на записи чрезвычайно трудно отличить от подлинных оптических характеристик объектов.
Группа исследователей из University of Pennsylvannia (США) предложила использовать вместо металлических электродов графеновые. Как показала их последняя работа, такие электроды лишены обеих упомянутых выше проблем. Графен – это двумерный лист атомов углерода, формирующих гексагональную кристаллическую решетку. Особенность этого материала заключается в том, что он обладает интересными механическими и электронными свойствами, что делает его привлекательным, в том числе, для нейронных приложений: графен проводит электрический ток, он относится к двумерным материалам, т.е. оптически прозрачен. Как отметили ученые, их очень удивило то, что никто не пытался применить этот материал для нейронных исследований раньше.
Научная группа использовала графеновые электроды для изучения эпилепсии у мышей и крыс, испытывающих судороги. Они исследовали слои из той части мозга, которая склонна к эпилепсии – гиппокампа, отвечающего также за память, пространственную навигацию и обучение. Используя графеновые электроды, ученые смогли одновременно провести запись активности во времени и снять пространственную картинку с хорошим разрешением, так что они получили возможность изучить возникновение и распространение эпилептических припадков на клеточном уровне. Продвигаясь в этом направлении, научная группа надеется найти биомаркер для эпилептических припадков, а также разработать способы остановки судорог, прежде чем они переходят в ткани головного мозга.
Для предотвращения образования артефактов на записи и блокирования обзора нервной системы важна оптическая прозрачность графена. Но этот материал имеет и много других полезных в данном случае свойств. К примеру, его гибкость важна для получения хорошего контакта с мозговой тканью. Кроме того, графен устойчив к коррозии. Это означает, что в рамках нейронных исследований графен можно использовать в качестве покрытия для материалов, которые склонны к коррозии, что значительно расширяет спектр материалов, доступных исследователям.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.
Также по теме:
- Ученые предложили способ построения компьютера, напоминающего человеческий мозг
- Подавление Cdk5 минимизирует повреждения головного мозга, возникающие в результате инсульта
- Предложено новое средство для устранения повреждений головного мозга, вызванных инсультом
- Молочная кислота усиливает продукцию норадреналина
- Расширены представления о развитии систем органов чувств
Источники: