مهندسان علوم اعصابِ دانشگاه رایس (Rice University) از میدان‌های مغناطیسی برای فعال کردن نورون‌ها در مگسِ میوه یا مگسِ سرکه (fruit flies) استفاده کردند.
هیوستون – (14 ژوئیه 2022) – یک تیم تحقیقاتی به رهبری مهندسان عصبی دانشگاه رایس، فناوری بی‌سیمی ایجاد کرده‌اند تا از راه دور مدارهای خاص مغزِ مگسِ میوه را در کمتر از یک ثانیه فعال کند.
در یک مطالعه‌ی منتشر شده در مجله‌ی Nature Materials، محققانی از دانشگاه رایس، دانشگاه دوک، دانشگاه براون و کالج پزشکی بیلور، از سیگنال‌های مغناطیسی برای فعال کردن نورون‌های نشان‌گذاری شده استفاده کردند تا موقعیت بدن در مگس‌های میوه که در حال حرکت کردن به طور آزادانه هستند را کنترل کنند.
ژاکوب رابینسون (Jacob Robinson)، استادیار مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه رایس و یکی از اعضای پیشگامان علوم اعصابِ رایس، می‌گوید: “برای مطالعه مغز یا درمان اختلالات عصبی، جامعه علمی به دنبال ابزارهایی است که هم بسیار دقیق و در عین حال کمتر تهاجمی باشند. کنترل از راه دورِ مدارهای عصبی انتخاب‌شده با میدان‌های مغناطیسی تا حدودی یک هدفِ مقدس برای فناوری‌های علوم اعصاب است. کار ما گام مهمی به سوی این هدف برمی‌دارد، زیرا سرعت کنترل مغناطیسی از راه دور را افزایش می‌دهد و آن را به سرعت طبیعی مغز نزدیک‌تر میکند.”
رابینسون گفت “فناوری جدیدِ فعالسازی مدارهای عصبی حدود 50 برابر سریع‌تر از بهترین فناوری نشان داده شده قبلی برای تحریک مغناطیسی نورون‌هایی است که مهندسی ژنتیکی شده‌اند.”
“در کار ما پیشرفت وجود داشت زیرا نویسنده اصلی، چارلز سبستا (Charles Sebesta)، ایده استفاده از یک کانال یونی جدید را داشت که به سرعتِ تغییر دما حساس بود. با گرد هم آوردن متخصصان در مهندسی ژنتیک، نانوتکنولوژی و مهندسی برق، ما توانستیم تمام موارد را کنار هم قرار داده و ثابت کنیم که این ایده کار میکند. این واقعاً یک تلاش گروهی از دانشمندان در سطح جهانی بود و ما بسیار خوش شانس بودیم که با آن‌ها کار کردیم.”
محققان از مهندسی ژنتیک برای تاثیر بر روی یک کانال یونیِ حساس به گرما در نورون‌ها استفاده کردند که باعث می‌شود مگس‌ها تا حدی بال‌های خود را باز کنند، این یک حرکتِ جفت‌گیری رایج است. سپس محققان نانو ذرات مغناطیسی‌ای را تزریق کردند که می‌توان آن را با یک میدان مغناطیسی اعمال شده گرم کرد. توسط یک دوربین از بالا، مگس‌ها در حالی که آزادانه در اطراف محفظه‌ای در بالای آهنربای الکتریکی پرسه میزدند، قابل مشاهده بودند. با تغییر میدان مغناطیسی به روشی مشخص، محققان توانستند نانوذرات را گرم کرده و نورون‌ها را فعال کنند. تجزیه و تحلیل ویدئویی از آزمایش‌ها نشان داد مگس‌هایی که تحت تغییرات ژنتیکی قرار گرفته بودند، حدود نیم ثانیه پس از تغییر میدان مغناطیسی، شروع به باز کردن بال‌های خود کردند.
رابینسون گفت: “توانایی فعالسازی سلول‌های مهندسی ژنتیکی شده در کسری از ثانیه، می‌تواند ابزاری قدرتمند برای مطالعه‌ی مغز، درمان بیماری‌ها و توسعه فناوری ارتباط مستقیم مغز و ماشین باشد.”
رابینسون محقق اصلی پروژهی MOANA است. (MOANA مخففِ “دسترسی عصبی مغناطیسی، نوری و صوتی” است.) این پروژه یک پروژهی بلندپروازانه برای توسعه فناوری هدست برای ارتباطات مغز به مغز بدون جراحی و از راه دور است که هم می‌تواند فعالیت‌های عصبی را در قشر بینایی یک فرد “خوانده” یا “رمزگشایی” کند و سپس این اطلاعات را در مغز فرد دیگری “نوشته” و یا “رمزنگاری کند“.
این پروژه توسط آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی یا دارپا (DARPA) ایجاد شده است.
تیمِ رابینسون در حال تلاش برای بازگرداندن نسبی بینایی به بیماران نابینا است. محققان MOANA امیدوارند با تحریک بخش‌هایی از مغز که با بینایی مرتبط است، حس بینایی را به بیماران بدهند، حتی اگر چشم‌هایشان دیگر کار نکند.
رابینسون گفت: “هدف بلند مدت این کار، ایجادِ روش‌هایی برای فعال کردنِ مناطق خاصی از مغز در انسان برای درمان بدون نیاز به انجام عمل جراحی است. برای دستیابی به دقتِ طبیعی مغز، احتمالاً باید نتیجه را در چند صدم ثانیه دریافت کنیم. بنابراین هنوز راه زیادی تا رسیدن به نتیجه‌ی مطلوب وجود دارد.”