फास्ट-अभिनय, प्रकाश-प्रतिक्रियाशील आनुवंशिक उपकरण बता सकता है कितना गहरा मस्तिष्क उत्तेजन काम करता है-ScienceDaily


बायोमेडिकल इंजीनियरों के ड्यूक विश्वविद्यालय में इस्तेमाल किया है गहरा मस्तिष्क उत्तेजन के आधार पर प्रकाश के इलाज के लिए मोटर शिथिलता का एक पशु मॉडल में पार्किंसंस रोग के लिए. सफल होने के जहां पहले प्रयास में विफल रहा है, विधि का वादा किया प्रदान करने के लिए नए अंतर्दृष्टि क्यों गहरा मस्तिष्क उत्तेजन काम करता है और तरीके से जो में यह सुधार किया जा सकता है पर एक रोगी से रोगी के आधार पर ।

परिणाम दिखाई देते हैं पर ऑनलाइन 20 अप्रैल में तंत्रिका विज्ञान के जर्नल.

“यदि आप के बारे में सोच मस्तिष्क के क्षेत्र में इलाज किया जा रहा गहरा मस्तिष्क उत्तेजन के रूप में स्पेगेटी की थाली, के साथ meatballs का प्रतिनिधित्व तंत्रिका कोशिका निकायों और स्पेगेटी का प्रतिनिधित्व करने वाले तंत्रिका कोशिकाओं के axons, वहाँ एक लम्बे समय के बारे में बहस के उपचार को प्रभावित कर रहा है, स्पेगेटी meatballs या दोनों के संयोजन कुछ ने कहा,” वॉरेन ग्रिल, एडमंड T. प्रैट, जूनियर स्कूल के विशिष्ट प्रोफेसर, बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में ड्यूक.

“लेकिन यह एक असंभव सवाल का जवाब देने के लिए पारंपरिक तरीकों का उपयोग कर, क्योंकि विद्युत गहरी मस्तिष्क की उत्तेजना को प्रभावित करता है उन दोनों के रूप में अच्छी तरह के रूप में मिर्च, प्याज और सब कुछ में पकवान. हमारे नए प्रकाश आधारित विधि, तथापि, के लिए सक्षम है लक्ष्यीकरण सिर्फ एक ही घटक है, तो हम कर सकते हैं अब शुरू चिढ़ा बाहर व्यक्तिगत प्रभाव को सक्रिय करने के अलग-अलग तंत्रिका तत्वों।”

में ग्रिल के रूपक, meatballs हैं कि न्यूरॉन्स बनाने के सबथैलेमिक नाभिक, एक छोटे घटक के बेसल गैन्ग्लिया नियंत्रण प्रणाली है कि माना जाता है प्रदर्शन करने के लिए कार्रवाई का चयन. जबकि उसका सही समारोह अनजान बनी हुई है, अनुसंधान से पता चलता है कि यह रखती है, मांसपेशियों में प्रतिक्रियाओं की जाँच करें । स्पेगेटी में कटोरा का प्रतिनिधित्व करता है लंबे समय से तंत्रिका तंतुओं कहा जाता hyperdirect मार्ग के विस्तार से क्षेत्र में सेरेब्रल कॉर्टेक्स में न्यूरॉन्स, पतली बाहरी परत के न्यूरॉन्स के अधिकांश के लिए जिम्मेदार मस्तिष्क की सूचना प्रोसेसिंग. और मिर्च, प्याज और अन्य सामग्री के विभिन्न प्रकार का समर्थन कोशिकाओं में पाया मस्तिष्क.

के रूप में ग्रिल से पता चलता है, चिढ़ा बाहर की भूमिका के सभी इन विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में मध्यस्थता के प्रभाव को गहरा मस्तिष्क उत्तेजन लगभग असंभव है पारंपरिक तरीकों का उपयोग कर. अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं में नहीं जा सकता अकेले बाहर बिजली की उत्तेजना के द्वारा, और बिजली के दालों अंधा शोधकर्ताओं ने’ सेंसर के लिए एक महत्वपूर्ण millisecond के बाद सीधे फायरिंग की.

2006 में, शोधकर्ताओं की एक टीम का प्रयास करने के लिए उपयोग optogenetics स्कर्ट के लिए इन मुद्दों. Optogenetics की एक विधि है आनुवंशिक रूप से संशोधित विशिष्ट कोशिकाओं को व्यक्त करने के लिए प्रकाश के प्रति संवेदनशील आयन चैनलों की अनुमति देता है, शोधकर्ताओं को नियंत्रित करने के लिए उनकी गतिविधि की चमक के साथ प्रकाश. शोधकर्ताओं एम्बेडेड इन प्रकाश के प्रति संवेदनशील आयन चैनलों में सबथैलेमिक नाभिक “meatballs” में चूहों और लगीं दालों में प्रकाश की एक ही दर में इस्तेमाल गहरा मस्तिष्क उत्तेजन. उपचार, हालांकि, विफल करने के लिए कम की किसी भी चूहों के शारीरिक लक्षण, अग्रणी शोधकर्ताओं के निष्कर्ष है कि उत्तेजक सबथैलेमिक नाभिक पर अपनी खुद की एक अपर्याप्त उपचार दृष्टिकोण है ।

लेकिन अध्ययन बैठ कभी नहीं काफी सही ग्रिल के मन में हैं ।

“न्यूरॉन्स प्रेरित किया जा रहा है के साथ optogenetics नहीं आम तौर पर बहुत जल्दी से जवाब है, और यह मेरे लिए लग रहा था कि शोधकर्ताओं थे, उनकी चमकती रोशनी की तुलना में तेजी से न्यूरॉन्स सकता है के साथ रखने के,” कहा ग्रिल. “डेटा बोर, यह बाहर के रूप में न्यूरॉन्स दिखाई दिया जा करने के लिए जवाब बेतरतीब ढंग से नहीं बल्कि की तुलना में सिंक के साथ चमक. और पिछले अनुसंधान कि हम आयोजित किया है कि पता चला यादृच्छिक पैटर्न का गहरा मस्तिष्क उत्तेजन पर प्रभावी नहीं हैं लक्षणों से राहत.”

यह अधिक से अधिक एक दशक के लिए ग्रिल करने के लिए सक्षम होना करने के लिए अपने सिद्धांत का परीक्षण, लेकिन दो हाल के घटनाक्रम की अनुमति दी है, उसे पालन करने के लिए अपने कूबड़ है । शोधकर्ताओं ने विकसित किया है एक तेजी से फार्म के optogenetics कहा जाता Chronos सकता है कि के साथ रखने के लिए गति में परंपरागत रूप से इस्तेमाल गहरा मस्तिष्क उत्तेजन. और Chunxiu यू, एक वैज्ञानिक अनुसंधान में विशेषज्ञता के साथ optogenetics, में शामिल हो गए ग्रिल की प्रयोगशाला है । यह भी योगदान करने के लिए काम में ग्रिल की प्रयोगशाला थे इसहाक Cassar, एक बायोमेडिकल इंजीनियरिंग में डॉक्टरेट की छात्रा, और Jaydeep Sambangi, एक बायोमेडिकल इंजीनियरिंग स्नातक.

में नया कागज, यू एम्बेडेड Chronos optogenetics मशीनरी में सबथैलेमिक नाभिक के न्यूरॉन्स चूहे दिया गया है कि पार्किंसंस रोग जैसी स्थितियों में एक आधा अपने दिमाग. इस मॉडल में मदद करता है, शोधकर्ताओं का निर्धारण जब एक उपचार सफल होता है, क्योंकि जिसके परिणामस्वरूप शारीरिक आंदोलन के लक्षण ही होते हैं पर एक पक्ष के चूहे के शरीर. वे तो दिया गहरा मस्तिष्क उत्तेजन का उपयोग कर प्रकाश चमक पर मानक 130 चमक प्रति सेकंड है ।

के रूप में ग्रिल पहले संदिग्ध लगभग 15 साल पहले, इस तकनीक का काम किया है, और चूहों के शारीरिक लक्षण थे काफी क्रमशः समाप्त.

अनुसार ग्रिल करने के लिए, उनके परिणाम कई महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं । एक यह है कि शोधकर्ताओं की जरूरत है पर विचार करने के लिए गतिज गुणों का तेजी से कैसे optogenetic दृष्टिकोण में कार्य कर सकते हैं, जब उनके डिजाइन प्रयोगों और करीब ध्यान देना करने के लिए अपने अध्ययन में. एक और अंतर्दृष्टि था जिस तरह से है कि अन्य न्यूरॉन्स के बाहर सबथैलेमिक नाभिक उपचार के लिए प्रतिक्रिया व्यक्त. जबकि वहाँ नहीं था एक बड़े अंतर में उनकी औसत गतिविधि का स्तर, वहाँ था एक नाटकीय बदलाव में पैटर्न में जो उन न्यूरॉन्स निकाल दिया है, जो प्रदान करता है के रूप में सुराग के लिए कितना गहरा मस्तिष्क उत्तेजन काम करता है.

लेकिन शायद सबसे महत्वपूर्ण परिणाम यह है कि बस की तकनीक पर काम किया । इसके अलावा, की पेशकश की एक बहुत स्पष्ट देखो तंत्रिका गतिविधि को हटाने के द्वारा बिजली कलाकृतियों की क्षमता देने के लिए गहरा मस्तिष्क उत्तेजन के लिए सटीक कैंपेन्स के न्यूरॉन्स की अनुमति चाहिए करने के लिए शोधकर्ताओं ने शुरू की जांच, जो वास्तव में मस्तिष्क के भागों की जरूरत के लिए प्रेरित किया जा सकता है और कैसे उपचार किया जा सकता है सिलवाया के इलाज के लिए अलग अलग मोटर नियंत्रण के लक्षणों पर एक मामला-दर-मामला आधार है ।

के रूप में अपने अगले प्रयोग में अनुसंधान के इस लाइन, ग्रिल और उनके सहयोगियों योजना विश्राम करने के लिए इस एक ही अध्ययन में hyperdirect मार्ग — स्पेगेटी के बजाय meatballs-देखने के लिए क्या अपने व्यक्तिगत योगदान करने के लिए लक्षणों से राहत हो सकता है.

“यह बहुत महत्वपूर्ण है क्योंकि कहीं न कहीं में है कि बड़ा कटोरा के साथ स्पेगेटी रहे हैं कुछ तत्वों के लिए जिम्मेदार हैं कि लक्षणों का इलाज और कुछ तत्वों से उत्पन्न कि साइड इफेक्ट है,” कहा ग्रिल. “और अगर हम कर सकते हैं आंकड़ा जो बाहर है, जो हम डिजाइन कर सकते हैं इलेक्ट्रोड उत्तेजना geometries और पैटर्न को लक्षित करने के लिए तत्वों को दबाने कि लक्षण छोड़ने जबकि दूसरों अकेले.”



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