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。論文中還表示，最終可以利用該技術(shù)治療人類的腦部疾病或精神疾病。

十年以來，Pralle一直致力于推進磁熱刺激技術(shù)。此前，他已經(jīng)利用實驗證明了該技術(shù)在培養(yǎng)皿中激活神經(jīng)元的作用，以控制線蟲的行為。

在此次小鼠實驗中，Pralle團隊成功激活了小鼠的三塊不同大腦區(qū)域，以誘發(fā)特定的運動功能。據(jù)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。

實驗發(fā)現(xiàn)，刺激運動皮質(zhì)細胞可使動物直行；運動過程中同時刺激紋狀體中的細胞將導(dǎo)致動物轉(zhuǎn)身；當科學(xué)家激活了更深的大腦區(qū)域時，小鼠就僵住了，無法移動他們的四肢。

導(dǎo)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激活腦內(nèi)的個體神經(jīng)元。接下來我們就具體了解一下它的工作原理：

首先，科學(xué)家利用基因工程來把一個特殊DNA鏈引入到目標神經(jīng)元，從而導(dǎo)致細胞產(chǎn)生一個熱激活的離子通道。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(qū)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。

當將交變磁場施加到大腦時，磁場將會使納米顆粒的磁化快速翻轉(zhuǎn)，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，以實現(xiàn)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，以治療偏頭痛并改善記憶力。一種稱為經(jīng)顱磁刺激的技術(shù)是利用磁性線圈放置在顱骨上以觸發(fā)特定的大腦活動；另一種稱為光遺傳學(xué)的技術(shù)，它是利用光脈沖與神經(jīng)元的相互作用來實現(xiàn)對神經(jīng)元的刺激與調(diào)控，其中涉及的神經(jīng)元是經(jīng)過基因工程改造的，對光有所感應(yīng)。

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

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)元也沒有顯示出損傷的跡象。

據(jù)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(yī)學(xué)院開展此項目。研究團隊表示，下一步將使用磁熱刺激來同時操控小鼠大腦的多個區(qū)域。

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