用溫度控制腦部活動(dòng)，磁熱刺激技術(shù)可用于治療精神疾病

磁熱刺激與光遺傳學(xué)技術(shù)相比，它的侵入性較小。

近日，布法羅大學(xué)Arnd Pralle研究團隊在《Elife》雜志上公布了研究成果，表示利用磁熱刺激技術(shù)可直接控制小鼠的身體運動(dòng)。論文中還表示，最終可以利用該技術(shù)治療人類(lèi)的腦部疾病或精神疾病。

十年以來(lái)，Pralle一直致力于推進(jìn)磁熱刺激技術(shù)。此前，他已經(jīng)利用實(shí)驗證明了該技術(shù)在培養皿中激活神經(jīng)元的作用，以控制線(xiàn)蟲(chóng)的行為。

在此次小鼠實(shí)驗中，Pralle團隊成功激活了小鼠的三塊不同大腦區域，以誘發(fā)特定的運動(dòng)功能。據悉，研究人員在研究中使用的顆粒材料包括由錳鐵氧體殼包圍的鈷鐵氧體磁芯。

實(shí)驗發(fā)現，刺激運動(dòng)皮質(zhì)細胞可使動(dòng)物直行；運動(dòng)過(guò)程中同時(shí)刺激紋狀體中的細胞將導致動(dòng)物轉身；當科學(xué)家激活了更深的大腦區域時(shí)，小鼠就僵住了，無(wú)法移動(dòng)他們的四肢。

導致這些行為是由于磁熱刺激，該技術(shù)讓研究人員能夠使用加熱的磁性納米顆粒來(lái)激活腦內的個(gè)體神經(jīng)元。接下來(lái)我們就具體了解一下它的工作原理：

首先，科學(xué)家利用基因工程來(lái)把一個(gè)特殊DNA鏈引入到目標神經(jīng)元，從而導致細胞產(chǎn)生一個(gè)熱激活的離子通道。然后，研究人員將特制的磁性納米顆粒注入到大腦的同一區域，這些納米顆粒沾附在目標神經(jīng)元的表面上，形成像洋蔥皮一樣的薄覆蓋層。

當將交變磁場(chǎng)施加到大腦時(shí)，磁場(chǎng)將會(huì )使納米顆粒的磁化快速翻轉，以產(chǎn)生加熱靶細胞的熱量。熱量迫使對溫度敏感的離子通道打開(kāi)，以實(shí)現對神經(jīng)元的刺激。

目前已存在的磁脈沖技術(shù)，主要用于有目的地觸發(fā)大腦活動(dòng)，以治療偏頭痛并改善記憶力。一種稱(chēng)為經(jīng)顱磁刺激的技術(shù)是利用磁性線(xiàn)圈放置在顱骨上以觸發(fā)特定的大腦活動(dòng)；另一種稱(chēng)為光遺傳學(xué)的技術(shù)，它是利用光脈沖與神經(jīng)元的相互作用來(lái)實(shí)現對神經(jīng)元的刺激與調控，其中涉及的神經(jīng)元是經(jīng)過(guò)基因工程改造的，對光有所感應。

不同于已存在的這些技術(shù)，該研究團隊采用的磁鐵誘導熱量來(lái)激活特定的神經(jīng)元的技術(shù)具有多項優(yōu)點(diǎn)。

對此，研究員Arnd Pralle表示：“使用我們的方法，可以針對一小部分細胞進(jìn)行操作，操作精度可以達到100微米，大約是人頭發(fā)的寬度。”

此外，Pralle還表示，在刺激方式上，磁熱刺激比其他深層腦刺激方法要好。以光遺傳學(xué)技術(shù)為例，它是使用光而不是磁力或熱來(lái)激活細胞的，故而通常需要在大腦中植入微小的光纖電纜。而磁熱刺激則是遠程完成的，與光遺傳學(xué)技術(shù)相比，它的侵入性較小。實(shí)驗表明，即使在小鼠的大腦被刺激了幾次之后，目標神經(jīng)元也沒(méi)有顯示出損傷的跡象。

據了解，Pralle正在與馬薩諸塞理工學(xué)院研究員Polina Anikeeva博士和哈佛醫學(xué)院開(kāi)展此項目。研究團隊表示，下一步將使用磁熱刺激來(lái)同時(shí)操控小鼠大腦的多個(gè)區域。

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