ความท้าทายทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของศตวรรษคือการเจาะลึกว่าสมองทำงานอย่างไร สิ่งกระตุ้นใดที่กระตุ้นเซลล์ประสาท และสิ่งนั้นส่งผลต่อพฤติกรรมและความคิดอย่างไร มีเทคโนโลยีมากมายที่มีฟังก์ชันการทำแผนที่สมอง แต่ไม่มีความละเอียดที่จำเป็นในการติดตามรูปแบบเซลล์และโมเลกุลในสมองนักวิทยาศาสตร์ต้องการรวมความละเอียดชั่วคราวของการบันทึกอิเล็ก
โทรสรีรวิทยากับความละเอียดเชิงพื้นที่
ที่ได้จากการถ่ายภาพสองโฟตอนของความผันผวนของแคลเซียมในเซลล์ประสาท แต่สิ่งนี้จำเป็นต้องมีการประดิษฐ์อิเล็กโทรดพิเศษที่มีฟังก์ชันทางไฟฟ้าที่ดีสำหรับอิเล็กโตรสรีรวิทยา ในขณะที่ยอมให้แสงผ่านสำหรับการถ่ายภาพแบบสองโฟตอน
มีการทดสอบวัสดุที่แตกต่างกันจำนวนหนึ่งเพื่อใช้ในอิเล็กโทรดแบบโปร่งใส แต่เมื่อปรับขนาดเพื่อวัดกิจกรรมของเซลล์ประสาทเดี่ยว อิเล็กโทรดทั้งหมดมีประสิทธิภาพทางไฟฟ้าต่ำ อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนลดลง เนื่องจากในระดับไมโครมิเตอร์ ความต้านทานเชิงซ้อนทำให้เกิดอิมพีแดนซ์สูงและสัญญาณรบกวนขนาดใหญ่ที่สอดคล้องกัน
ในช่วงสองปีที่ผ่านมา กลุ่มของ Hui Fangที่มหาวิทยาลัย Northeasternได้ผลิตวัสดุไมโครอิเล็กโทรดแบบโปร่งใสชนิดใหม่ มันถูกประดิษฐ์ขึ้นจากวัสดุอิเล็กโทรดแบบดั้งเดิมที่มี “รู” ระดับนาโนซึ่งสร้างโครงสร้างนาโนเมชที่มีลักษณะคล้ายลูกไม้ซึ่งให้ความโปร่งใสในระดับมหภาค
ตอนนี้ Fang ได้พัฒนาวัสดุของเขาให้เป็นอาร์เรย์ไมโครอิเล็กโทรดที่ทำงานได้อย่างสมบูรณ์ และร่วมมือกับนักประสาทวิทยาMichela Fagioliniจากโรงพยาบาลเด็กบอสตันเพื่อตรวจสอบการทำงานของอิเล็กโทรดในเยื่อหุ้มสมองที่มองเห็นของหนูที่มีชีวิต ( Science Advances 4 eaat0626 )
เราได้เชื่อมโยงวิธีการสร้างแผนที่สมอง
ที่สำคัญสองแบบ” ฟางกล่าว และชี้ให้เห็นว่าการทำแผนที่ไมโครอิเล็กโทรดนี้ทำได้ในสัตว์ขนาดเล็กอาจมีความสัมพันธ์กับมนุษย์ โดยอาจส่งผลกระทบ “มหาศาล” ต่อการทำความเข้าใจสมองนาโนตาข่ายในการเปลี่ยน nanomeshes ของโลหะให้เป็นอิเล็กโทรดที่มีประสิทธิภาพสูง นักวิศวกรรมชีวภาพได้ใช้การเคลือบพอลิสไตรีนซัลโฟเนตที่มีความต้านทานต่ำ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นงานที่ยุ่งยาก เนื่องจากรูที่เหมือนลูกไม้ในสารเคลือบจำเป็นต้องจัดตำแหน่งให้พอดีกับรูในโลหะนาโนเมชเพื่อป้องกันการปิดกั้นรูนาโนและด้วยเหตุนี้แสงจึงส่องผ่านอิเล็กโทรด ฝางให้เครดิตกับนักเรียนในทีมของเขาสำหรับงานที่ขยันขันแข็งซึ่งในที่สุดก็นำไปสู่การเคลือบที่ปกป้องโครงสร้างนาโนเมชโปร่งใสอย่างซื่อสัตย์
microelectrode bilayer 32 ช่องสัญญาณถูกประดิษฐ์ขึ้นบนฟิล์ม parylene C ที่มีความยืดหยุ่นโปร่งใส เพื่อช่วยในการประยุกต์ใช้ทางชีวภาพ จากนั้นกลุ่มของ Fang ได้ทำการทดสอบคุณสมบัติทางไฟฟ้าและทางกายภาพของไมโครอิเล็กโทรดใหม่ความสามารถในการปรับขยายได้แสดงให้เห็นด้วยอิมพีแดนซ์ 130 kW ที่ 1 kHz สำหรับแต่ละช่องสัญญาณที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 µm ซึ่งมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับอาร์เรย์อิเล็กโทรดที่ไม่โปร่งใสที่ดีที่สุด “ผลตอบแทนสูงที่เราพบจากการทดสอบแบบตั้งโต๊ะนั้นน่าทึ่งมาก” ฝางกล่าว การทดสอบการดัดงอทางกลและการแช่ในระยะยาวยังแสดงให้เห็นว่าอิเล็กโทรดมีความแข็งแรงทางกายภาพและทางเคมีและมีความยืดหยุ่น
ก่อน การทดสอบ ในร่างกายทีมงานจำเป็นต้องลบสิ่งประดิษฐ์ในการบันทึกอิเล็กโทรสรีรวิทยาที่ทราบกันว่าเกิดขึ้นจากการกระตุ้นเซลล์ประสาท พวกเขาสร้างความร่วมมือกับวิศวกรชีวภาพที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ลอสแองเจลิส ซึ่งใช้การปฏิเสธสิ่งประดิษฐ์ขั้นสูงและระบบไร้สายเพื่อลบสิ่งประดิษฐ์ออกจากการบันทึก
เซลล์ประสาทที่มีชีวิต
กลุ่มของ Fangolini ที่โรงพยาบาลเด็กบอสตันใช้อาร์เรย์ไมโครอิเล็กโทรดที่มีแนวโน้มดีและทดสอบความสามารถของมันในหนูที่มีชีวิตการทำแผนที่สมองแผนผังแสดงการบันทึกภาพด้วยคลื่นไฟฟ้าสมอง ที่ระดับเซลล์ประสาทเดี่ยว ร่วมกับการถ่ายภาพด้วยแสง 2 โฟตอนของกิจกรรมแคลเซียม ไมโครอิเล็กโทรดแบบโปร่งใสถูกฝังด้วยหน้าต่างกะโหลกเข้าไปในกะโหลกของหนูที่โตเต็มวัย และติดตั้งแถบคาดศีรษะเพื่อให้สามารถพนักพิงศีรษะขณะถ่ายภาพได้ หลังการผ่าตัด ตัวบ่งชี้แคลเซียมที่แสดงไวรัสถูกฉีดเข้าไปในเยื่อหุ้มสมองที่มองเห็น
ยี่สิบวันหลังจากการผ่าตัด ทีมงานได้ใช้สิ่งเร้าทางสายตาและทำการอ่านค่า electrophysiology ควบคู่ไปกับการถ่ายภาพเซลล์ประสาทสองโฟตอนในชั้น 2/3 ของเยื่อหุ้มสมองที่มองเห็น การอ่านค่า Electrophysiology ให้ผลตอบแทนสูงโดยมีอิมพีแดนซ์ต่ำคงที่ตลอด ขณะที่ความโปร่งใสสูงช่วยให้ได้คุณภาพของภาพแบบสองโฟตอนที่ดี “เราตรวจสอบแล้วว่า electrophysiology ตรงกับการถ่ายภาพแคลเซียม” Fang กล่าว
แต่ฝางยังชี้ให้เห็นว่าไดนามิกของแคลเซียมจำกัดการสร้างภาพสองโฟตอนให้มีความถี่ต่ำ “ที่ระดับความถี่ต่ำ ข้อมูลจะถูกจับคู่ แต่ที่ความถี่สูง เราสามารถพึ่งพา electrophysiology เท่านั้น” เขากล่าว
การทำแผนที่กิจกรรมของเซลล์ประสาทขณะนี้กลุ่มของ Fang กำลังทำงานเกี่ยวกับอาร์เรย์อิเล็กโทรดแบบโปร่งใสซึ่งมีหลายร้อยช่องสัญญาณ อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องพัฒนาอัลกอริธึมขั้นสูงเพื่อจับคู่สัญญาณที่ตรวจพบกับเซลล์ประสาทแต่ละเซลล์อย่างแม่นยำ”ขั้นตอนต่อไปของเราคือการใช้ความละเอียดเชิงพื้นที่ที่ดีจากการถ่ายภาพแคลเซียม และความละเอียดชั่วคราวที่ดีจากสรีรวิทยาไฟฟ้าและหลอมรวมข้อมูลเข้าด้วยกันเพื่อให้ได้ภาพที่สมบูรณ์” Fang อธิบาย
กลุ่มหวังว่าแม้ว่าวิธีการทางสายตาส่วนใหญ่ไม่สามารถดำเนินการตามหลักจริยธรรมในมนุษย์ได้ แต่งานนี้จะนำไปสู่ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับระบบประสาทของมนุษย์ “ถ้าเราสามารถเข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าการทำแผนที่ด้วยแสงและอิเล็กโตรฟิสิกส์วิทยามีความสัมพันธ์กันอย่างไร เราสามารถอนุมานได้ดีขึ้นว่าสมองของมนุษย์ทำงานอย่างไรจากข้อมูลอิเล็กโทรสรีรวิทยาของมนุษย์” ฟางกล่าว
การสะท้อนกลับของพื้นดินสิ่งที่เกิดขึ้นกับพืชพันธุ์ทุนดรามีความสำคัญเนื่องจากชุมชนนก แมลง และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำนวนมากรอดชีวิตจากการเติบโตประจำปีในฤดูร้อนทางเหนือช่วงสั้นๆพืชทั้งสองตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงนั้น ส่งผลต่อการสะท้อนแสงของพื้นผิวดิน และทำให้ดินอบอุ่นในลักษณะที่สามารถปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้คาร์บอนที่เก็บไว้ครึ่งหนึ่งของโลกอาจติดอยู่ในดินเยือกแข็งและการหลบหนีใด ๆ ก็สามารถเร่งภาวะโลกร้อนได้เท่านั้นดร.ไมเยอร์ส-สมิธ กล่าวว่า “นี่เป็นครั้งแรกที่มีการศึกษาระดับชีวนิเวศเพื่อเข้าถึงรากเหง้าของบทบาทสำคัญที่พืชมีต่อส่วนนี้ที่ร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วของโลก”
Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >>>ป๊อกเด้งออนไลน์ ขั้นต่ำ 5 บาท
