Los investigadores comúnmente estudian la función cerebral monitoreando dos tipos de electromagnetismo: campos eléctricos y luz. Sin embargo, la mayoría de los métodos para medir estos fenómenos en el cerebro son muy invasivos.
los ingenieros del MIT han ideado una nueva técnica para detectar actividad eléctrica o señales ópticas en el cerebro utilizando un sensor mínimamente invasivo para la resonancia magnética MRI.
La resonancia magnética a menudo se usa para medir cambios en el flujo sanguíneo que representan indirectamente la actividad cerebral, pero el equipo del MIT ha ideado un nuevo tipo de sensor de resonancia magnética que puede detectar pequeñas corrientes eléctricas, así como la luz producida por las proteínas luminiscentes. Surgen impulsos eléctricosa partir de las comunicaciones internas del cerebro, y las señales ópticas pueden ser producidas por una variedad de moléculas desarrolladas por químicos y bioingenieros.
"La resonancia magnética ofrece una manera de detectar cosas desde el exterior del cuerpo de una manera mínimamente invasiva", dice Aviad Hai, un postdoc del MIT y el autor principal del estudio. "No requiere una conexión por cable en el cerebro.Podemos implantar el sensor y dejarlo allí ".
Este tipo de sensor podría proporcionar a los neurocientíficos una forma espacialmente precisa de determinar la actividad eléctrica en el cerebro. También puede usarse para medir la luz y podría adaptarse para medir productos químicos como la glucosa, dicen los investigadores.
Alan Jasanoff, profesor del MIT de ingeniería biológica, cerebro y ciencias cognitivas, y ciencia e ingeniería nuclear, y miembro asociado del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece en el 22 de octubrecuestión de Ingeniería biomédica de la naturaleza . Postdocs Virginia Spanoudaki y Benjamin Bartelle también son autores del artículo.
Detección de campos eléctricos
El laboratorio de Jasanoff ha desarrollado previamente sensores de resonancia magnética que pueden detectar calcio y neurotransmisores como la serotonina y la dopamina. En este documento, querían ampliar su enfoque para detectar fenómenos biofísicos como la electricidad y la luz. Actualmente, la forma más precisa de controlar la electricidadla actividad en el cerebro es mediante la inserción de un electrodo, que es muy invasivo y puede causar daño tisular. La electroencefalografía EEG es una forma no invasiva de medir la actividad eléctrica en el cerebro, pero este método no puede determinar el origen de la actividad.
Para crear un sensor que pudiera detectar campos electromagnéticos con precisión espacial, los investigadores se dieron cuenta de que podían usar un dispositivo electrónico, específicamente, una pequeña antena de radio.
La resonancia magnética funciona mediante la detección de ondas de radio emitidas por los núcleos de átomos de hidrógeno en el agua. Estas señales generalmente son detectadas por una antena de radio grande dentro de un escáner de resonancia magnética. Para este estudio, el equipo del MIT redujo la antena de radio a solo unos pocos milímetrosde tamaño para que pueda implantarse directamente en el cerebro para recibir las ondas de radio generadas por el agua en el tejido cerebral.
El sensor se sintoniza inicialmente a la misma frecuencia que las ondas de radio emitidas por los átomos de hidrógeno. Cuando el sensor capta una señal electromagnética del tejido, su sintonía cambia y el sensor ya no coincide con la frecuencia de los átomos de hidrógeno. Cuandoesto sucede, surge una imagen más débil cuando el sensor es escaneado por una máquina de resonancia magnética externa.
Los investigadores demostraron que los sensores pueden captar señales eléctricas similares a las producidas por potenciales de acción los impulsos eléctricos disparados por neuronas individuales o potenciales de campo locales la suma de las corrientes eléctricas producidas por un grupo de neuronas.
"Mostramos que estos dispositivos son sensibles a potenciales de escala biológica, del orden de milivoltios, que son comparables a lo que genera el tejido biológico, especialmente en el cerebro", dice Jasanoff.
Los investigadores realizaron pruebas adicionales en ratas para estudiar si los sensores podían captar señales en el tejido cerebral vivo. Para esos experimentos, diseñaron los sensores para detectar la luz emitida por las células diseñadas para expresar la proteína luciferasa.
Normalmente, la ubicación exacta de la luciferasa no se puede determinar cuando está en lo profundo del cerebro u otros tejidos, por lo que el nuevo sensor ofrece una forma de expandir la utilidad de la luciferasa y determinar con mayor precisión las células que emiten luz, dicen los investigadores. Luciferasecomúnmente se manipula en las células junto con otro gen de interés, lo que permite a los investigadores determinar si los genes se han incorporado con éxito midiendo la luz producida.
sensores más pequeños
Una de las principales ventajas de este sensor es que no necesita llevar ningún tipo de fuente de alimentación, porque las señales de radio que emite el escáner MRI externo son suficientes para alimentar el sensor.
Hai, que se unirá a la facultad de la Universidad de Wisconsin en Madison en enero, planea miniaturizar aún más los sensores para que se puedan inyectar más, permitiendo la imagen de campos de luz o eléctricos en un área cerebral más grande.En este artículo, los investigadores realizaron modelos que mostraron que un sensor de 250 micras unas pocas décimas de milímetro debería ser capaz de detectar actividad eléctrica del orden de 100 milivoltios, similar a la cantidad de corriente en un potencial de acción neural.
El laboratorio de Jasanoff está interesado en usar este tipo de sensor para detectar señales neuronales en el cerebro, y prevén que también podría usarse para monitorear fenómenos electromagnéticos en otras partes del cuerpo, incluidas las contracciones musculares o la actividad cardíaca.
"Si los sensores estuvieran en el orden de cientos de micras, que es lo que sugiere el modelado en el futuro para esta tecnología, entonces podría imaginarse tomar una jeringa y distribuir un montón de ellos y simplemente dejarlos allí".Jasanoff dice: "Lo que esto haría es proporcionar muchas lecturas locales al tener sensores distribuidos por todo el tejido".
La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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