Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Alat Implan Kecil untuk Pencitraan Lembar Cahaya Aktivitas Otak

 

Alat yang memungkinkan ahli saraf untuk merekam dan mengukur aktivitas fungsional di dalam otak yang hidup sangat dibutuhkan. Secara tradisional, para peneliti telah menggunakan teknik seperti pencitraan resonansi magnetik fungsional, tetapi metode ini tidak dapat merekam aktivitas saraf dengan resolusi spasial tinggi atau pada subjek yang bergerak. Dalam beberapa tahun terakhir, teknologi yang disebut optogenetika telah menunjukkan keberhasilan yang cukup besar dalam merekam aktivitas saraf dari hewan secara real time dengan resolusi neuron tunggal.

 IMAGES

Gambar: media.wired.com

Alat optogenetik menggunakan cahaya untuk mengontrol neuron dan merekam sinyal dalam jaringan yang dimodifikasi secara genetik untuk mengekspresikan protein yang peka cahaya dan berpendar. Namun, teknologi yang ada untuk pencitraan sinyal cahaya dari otak memiliki kekurangan dalam ukuran, kecepatan pencitraan, atau kontras yang membatasi aplikasinya dalam ilmu saraf eksperimental.

Sebuah teknologi yang disebut pencitraan fluoresensi lembar cahaya menunjukkan janji untuk pencitraan aktivitas otak dalam 3D dengan kecepatan tinggi dan kontras (mengatasi berbagai keterbatasan teknologi pencitraan lainnya). Dalam teknik ini, selembar tipis sinar laser (light-sheet) diarahkan melalui wilayah jaringan otak yang diinginkan, dan pelapor aktivitas fluoresen di dalam jaringan otak merespons dengan memancarkan sinyal fluoresensi yang dapat dideteksi oleh mikroskop. Memindai lembaran cahaya di jaringan memungkinkan pencitraan volumetrik kecepatan tinggi, kontras tinggi, dan volumetrik aktivitas otak.

Saat ini, menggunakan pencitraan otak berfluoresensi lembar cahaya dengan organisme nontransparan (seperti tikus) sulit dilakukan karena ukuran peralatan yang diperlukan. Untuk membuat eksperimen dengan hewan nontransparan dan, di masa depan, hewan yang bergerak bebas dapat dilakukan, para peneliti pertama-tama perlu membuat miniatur banyak komponen.

Komponen kunci untuk miniaturisasi adalah generator lembaran cahaya itu sendiri, yang perlu dimasukkan ke dalam otak dan karenanya harus sekecil mungkin untuk menghindari perpindahan terlalu banyak jaringan otak. Dalam sebuah studi baru yang dilaporkan di Neurophotonics , tim peneliti internasional dari California Institute of Technology (AS), University of Toronto (Kanada), University Health Network (Kanada), Max Planck Institute of Microstructure Physics (Jerman), dan Advanced Micro Foundry (Singapura) mengembangkan generator lembaran cahaya miniatur, atau probe saraf fotonik, yang dapat ditanamkan ke dalam otak hewan hidup.

Para peneliti menggunakan teknologi nanofotonik untuk membuat probe saraf fotonik berbasis silikon ultrathin yang memancarkan beberapa lembar cahaya tipis yang dapat dialamatkan dengan ketebalan <16 mikrometer pada jarak propagasi 300 mikrometer di ruang bebas. Ketika diuji pada jaringan otak dari tikus yang direkayasa secara genetik untuk mengekspresikan protein fluoresen di otak mereka, probe memungkinkan para peneliti untuk menggambarkan area seluas 240? M × 490? M. Selain itu, tingkat kontras gambar lebih tinggi dibandingkan dengan metode pencitraan alternatif yang disebut mikroskop epifluoresensi.

Menjelaskan pentingnya pekerjaan timnya, penulis utama studi tersebut, Wesley Sacher, mengatakan, "Teknologi probe fotonik implan baru untuk menghasilkan lembaran cahaya di dalam otak menghindari banyak kendala yang telah membatasi penggunaan pencitraan fluoresensi lembaran cahaya di ilmu saraf eksperimental. Kami memperkirakan bahwa teknologi ini akan menghasilkan varian baru mikroskop lembar cahaya untuk pencitraan otak dalam dan eksperimen perilaku dengan hewan yang bergerak bebas. "

Varian semacam itu akan menjadi keuntungan bagi ahli saraf yang ingin memahami cara kerja otak.

Powered By NagaNews.Net