لأول مرة ، تسجل مجموعة إلكترودات مصغرة من مئات الخلايا العصبية في وقت واحد

11 يوليو، 2005

لأول مرة ، تسجل مجموعة إلكترودات مصغرة من مئات الخلايا العصبية في وقت واحد

11 يوليو، 2005

لا جولا ، كاليفورنيا - حاول العلماء لسنوات عديدة جمع معلومات عن الجهاز العصبي من خلال تسجيل النشاط الكهربائي لخلية دماغية واحدة في كل مرة. نظرًا لأن أبسط وظائف الجهاز العصبي تتضمن عدة آلاف من الخلايا العصبية ، فإن تسجيل نشاط فرد أو حفنة من الخلايا العصبية فقط لا يوفر صورة كاملة.

لذلك ، بالتعاون مع مجموعة دولية من علماء الفيزياء ذوي الطاقة العالية ، طور علماء الأحياء العصبية في معهد Salk للدراسات البيولوجية مجموعة أقطاب مجهرية تسمح لهم بمراقبة نشاط مئات الخلايا العصبية في وقت واحد.

يضع بحثهم الأساس التكنولوجي والبيولوجي لتطوير أجهزة تعويضية بصرية يمكن في يوم من الأيام استعادة درجة معينة من الرؤية للأشخاص الذين تضررت شبكية العين ، وهي نسيج رقيق يبطن مؤخرة العين ، بسبب المرض أو الصدمة.

"تتيح لنا أجهزتنا معرفة ما يلزم لتقديم النوع الصحيح من المعلومات إلى الدماغ. نأمل ، في غضون خمس سنوات ، أن يتم دمج ما نتعلمه الآن في الأجهزة التعويضية البصرية " EJ Chichilnisky، أستاذ مشارك في مختبرات علم الأحياء العصبية للأنظمة وكبير مؤلفي الدراسة ، التي نُشرت في عدد يوليو من مجلة علم وظائف الأعصاب.

بعبارات مبسطة ، يتم إنشاء الرؤية عندما يتم تحويل الضوء الذي يدخل العين بواسطة شبكية العين إلى مجموعة من الإشارات الكهربائية عالية المعالجة التي يحملها العصب البصري إلى القشرة البصرية للدماغ. عندما تتلف الشبكية ، تنقطع هذه الدائرة وينتج العمى. تم تصميم غرسات الشبكية لتجاوز الشبكية التالفة بمساعدة مصفوفات أقطاب كهربائية دقيقة تُستخدم لتحفيز الإشارات الكهربائية في الخلايا العصبية في مؤخرة العين.

خلال السنوات القليلة الماضية ، تم زرع النماذج الأولية للأجهزة الاصطناعية الشبكية في حفنة من الأشخاص. لكن الرؤية التي تنتجها هذه الغرسات ، والتي تحتوي على 16 قطبًا كهربائيًا فقط ، بدائية للغاية وتسمح للمرضى فقط بالتمييز بين ومضات الضوء.

بالتعاون مع باحثي Salk ، طور Alan Litke ، عالم فيزياء الجسيمات في معهد Santa Cruz لفيزياء الجسيمات في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز ، وفريقه مصفوفة أقطاب مجهرية أصغر بعشر مرات ولكنها مرصعة بأكثر من 10 أضعاف عدد الأقطاب الكهربائية مقارنة بالغرسات الحالية. يقيس كل قطب من الأقطاب الكهربائية البالغ عددها 30 512 ميكرومتر فقط أو حوالي 5/1 من عرض شعرة الإنسان. في حين أن هذه المجموعة ليست مناسبة للزرع في البشر ، يمكن استخدامها لدراسة كيفية تأثير أنماط التحفيز الكهربائي على الخلايا العصبية في شبكية العين المستأصلة.

استخدم أخصائيو البيولوجيا العصبية في سالك ، إريك إس فريتشيت وتشيتشلنيسكي ، مصفوفة من 512 قطب كهربائي لدراسة مدى دقة نقل شبكية العين للمعلومات حول نقل الأشياء إلى الدماغ. وضعوا قطعة صغيرة من شبكية العين فوق المصفوفة وحفزوا المستقبلات الضوئية في شبكية العين بصور بصرية ديناميكية بينما سجلت مصفوفة الأقطاب الكهربائية الإشارات المتولدة استجابة للمحفزات المتحركة. من خلال مقارنة المدخلات البصرية مع المخرجات الكهربائية لشبكية العين ، يمكن للباحثين دراسة الشفرة العصبية التي تستخدمها شبكية العين لنقل معلومات مفيدة إلى الدماغ.

"شبكية العين توصل الحركة ليس من خلال خلية واحدة ولكن من خلال نمط من النشاط يشمل العديد من الخلايا. عندما يحرك المنبه ، مثل سيارة متحركة أو غزال جار ، موجة مناظرة من النشاط تعبر شبكية العين ، "يشرح تشيتشلنيسكي. ويضيف أنه "حتى تمكنا من التسجيل مباشرة من مئات الخلايا ، كان من المستحيل معرفة مدى دقة نقل الشبكية إلى الدماغ للمعلومات المتعلقة بسرعة واتجاه الحركة."

الآن يمكنهم ذلك. استنادًا إلى نمط النشاط الناتج عن شبكية العين ، تمكن علماء الأحياء العصبية من تقدير سرعة الجسم المتحرك المتوقع بدقة مذهلة تبلغ 99 بالمائة. يقول تشيتشلنيسكي: "في التجربة اليومية ، فإن معرفة مدى السرعة وفي أي اتجاه تتحرك الأشياء أمر بالغ الأهمية ، فكر فقط في السيارات على طريق سريع مكون من خمسة حارات أو غزال يحاول التهرب من حيوان مفترس".

بالإضافة إلى ذلك ، من المحتمل أن تكون هذه التقنية قابلة للتطبيق في دراسة الدوائر العصبية الأخرى في الدماغ.

حاليًا ، يستخدم فريق Chichilnisky مصفوفة الأقطاب الكهربائية المجهري لإحداث إشارات كهربائية في خلايا الشبكية. بناءً على ما تعلموه من دراسات التسجيل الخاصة بهم ، سيحاولون محاكاة الشفرة العصبية التي تستخدمها شبكية العين لنقل المعلومات المرئية إلى الدماغ في الدراسات المستقبلية.

"نأمل أن نكون قادرين على إعادة إنشاء نمط ذي مغزى من النشاط في العديد من الخلايا العصبية. سيضع هذا الأساس لبناء الأجهزة التي تسمح للأشخاص المكفوفين بفعل ما يريدون القيام به ، مثل عبور الشارع أو ببساطة عدم الاصطدام بالأشياء "، كما يقول تشيتشلنيسكي.

من بين العلماء في معهد سانتا كروز لفيزياء الجسيمات الذين ساهموا في البحث ، طالب الدراسات العليا في الفيزياء ماثيو غريفيتش ، وباحث الدراسات العليا دوميترو بيتروسكا ، والفيزيائي ما بعد الدكتوراه ألكسندر شير. كما تم تقديم مساهمات مهمة في تطوير التكنولوجيا من قبل Wladek Dabrowski وفريق تصميم الدوائر المتكاملة التابع له في جامعة AGH للعلوم والتكنولوجيا في كراكوف ، بولندا.

تم تمكين العمل جزئيًا من خلال منحة معهد سالك للابتكار ، التي تم تمويلها من خلال مساهمات مانحين من القطاع الخاص.

معهد سالك للدراسات البيولوجية في لا جولا ، كاليفورنيا ، هو منظمة مستقلة غير ربحية مكرسة للاكتشافات الأساسية في علوم الحياة ، وتحسين صحة الإنسان وتدريب الأجيال القادمة من الباحثين. أسس جوناس سالك ، دكتوراه في الطب ، الذي قضى لقاح شلل الأطفال على مرض شلل الأطفال المسبب للشلل في عام 1955 ، المعهد في عام 1960 على أرض تبرعت بها مدينة سان دييغو وبدعم مالي من مسيرة الدايمز.