La sonda a nanotubi fornisce la visione di un singolo neurone sull'attività cerebrale

Una minuscola lancia fatta di nanotubi di carbonio può sondare l'attività elettrica interna di un singolo neurone, dando ai ricercatori uno sguardo più raffinato su come le cellule cerebrali rispondono ai segnali delle cellule vicine. Sondare il cervello a questa risoluzione potrebbe essere vitale per gli sforzi per comprendere e mappare la sua funzione in nuovi dettagli (vedi Perché il progetto Brain-Mapping di Obama è importante).

Agganciare: Una micrografia mostra un nuovo elettrodo cerebrale che è sottile e abbastanza lungo da registrare dall'interno di un singolo neurone.

Gli arpioni neuronali sono larghi solo 5-10 micrometri e possono perforare una cellula vivente per misurare i cambiamenti elettrici associati alla segnalazione neuronale. In sezioni sezionate di tessuto cerebrale di topo ancora attivo, i ricercatori della Duke University sono stati in grado di registrare dall'interno di un singolo neurone alla volta.

Per quanto ne sappiamo, il nostro articolo mostra la prima registrazione intracellulare con nanotubi di carbonio da neuroni vertebrati, afferma Bruce Donald , biochimico e informatico alla Duke University e autore del studio, che è stato pubblicato in PLoS UNO di mercoledì.

I nanotubi di carbonio hanno molte proprietà desiderabili per le registrazioni del cervello, dice Donald: sono forti, sono compatibili con i tessuti del corpo e conducono bene l'elettricità. Ma i dispositivi precedenti costruiti con nanotubi di carbonio erano troppo corti o larghi per essere adatti alla registrazione all'interno delle cellule. Le sonde costruite dai ricercatori Duke, tuttavia, erano lunghe circa un millimetro e si prestavano a monitorare l'attività elettrica in modo più preciso rispetto alle tipiche configurazioni con elettrodi di vetro o metallo.

Fine tagliente: Il neuro-arpione arriva a un punto molto fine.

Il team è stato in grado di rilevare piccoli cambiamenti nell'attività elettrica nella cellula, cambiamenti corrispondenti ai segnali di input che il neurone stava ricevendo da altri neuroni. Un neurone corticale medio può ricevere segnali da circa 10.000 altri neuroni, afferma Richard Mooney , neuroscienziato della Duke University e autore dello studio. Individualmente, quelli generano segnali molto piccoli, dice. Insieme, la raccolta di segnali viene calcolata dal neurone ricevente mentre decide se attivare o meno.

Le registrazioni intracellulari potrebbero essere utili per mappare le connessioni funzionali tra i neuroni, un obiettivo dell'iniziativa BRAIN lanciata di recente (vedi The Brain Activity Map ). Potendo guardare all'interno della cella e misurare piccoli cambiamenti di tensione, si ottiene l'accesso alla rete che parla con quella cella, dice Mooney.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica intelligente per costruire il loro dispositivo, afferma Takashi Kozai , un ingegnere neurale che non era coinvolto nello studio. Partendo dalla punta di un filo di tungsteno, hanno costruito una lunga sonda a forma di ago fatta di nanotubi di carbonio aggrovigliati. Quindi hanno rivestito la sonda con un materiale isolante e hanno utilizzato un raggio concentrato di ioni per bombardare la punta, rimuovendo l'isolamento da quell'area e radendola fino a una punta fine.

Con questa tecnica, puoi fare [sonde] tutto il tempo che vuoi, dice Kozai, che sta anche sviluppando elettrodi microscopici per registrare l'attività dei neuroni (vedi Un microfilo di carbonio che entra in contatto con la mente). Il lavoro pone le basi per realizzare dispositivi ancora più stretti, forse dell'ordine di 100 nanometri anziché micron, dice.

Oltre alle sezioni di cervello sezionate, il team ha testato il loro elettrodo sottile in topi anestetizzati, sebbene non siano stati in grado di ottenere registrazioni dall'interno delle cellule cerebrali di questi animali. Tuttavia, se le versioni future della punta del nanotubo saranno ancora più affilate, potrebbero essere in grado di perforare meglio le cellule nei cervelli morbidi e spugnosi, afferma Kozai. Se ciò è possibile e se il dispositivo è stabile nel tempo nei cervelli viventi, potrebbe aiutare i ricercatori a esplorare come il cervello vivente apprende e ricorda.

Se possono registrare in modo stabile longitudinalmente dalla stessa cellula, dice Kozai, potrebbe essere applicato per mappare il modo in cui i neuroni cambiano durante la formazione della memoria e l'apprendimento.

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