Авторы статьи, опубликованной в журнале Nature Methods, ввели термин «NanoNeuro» для описания новой дисциплины, которая пересекает нанонауку и нейробиологию. Он использует нанотехнологии для моделирования нейрональной активности в головном мозге.

Более века нейробиологи использовали стеклянные или металлические электроды для изучения активности нейронов в головном мозге. Учитывая огромное количество нейронов, присутствующих в головном мозге, эти методы в лучшем случае ограничены.

Материалы нанометрового масштаба (10 ^-9 м) обладают уникальными свойствами, многие из которых недавно были открыты квантовой физикой. Наноматериалы имеют множество преимуществ в качестве биосенсоров и исполнительных механизмов, открывая дверь к крупным достижениям в области нейробиологии и медицины.

Краткая история нанонауки (и нейробиологии)

Нанонаука – это изучение материи и явлений в наномасштабе, то есть порядка 10 ^-9 метров. Для сравнения: один человеческий волос имеет толщину 60 000 нм. Приставка «нано» происходит от греческого слова «нанос», обозначающего карлик. Термин «нанометр» впервые был введен Ричардом Зигмонди. Он был первым, кто измерил размер частиц с помощью микроскопа.

Физическими свойствами наночастиц уже манипулировали в древнем мире: в 4 веке нашей эры в Риме создатели Кубка Ликурга использовали частицы золота (возможно, не подозревая об этом) для изготовления стекла, которое меняет свой цвет. когда свет проходит через него.

Тем не менее, только после лекции нобелевского физика Ричарда Фейнмана в Калтехе концепция управления материей на атомном уровне стала рассматриваться. Несколько лет спустя Норио Танигучи ввел термин «нанотехнология» для описания полупроводниковых процессов, происходящих на наномасштабном уровне.

Работа самого человеческого мозга не менее очаровывала людей. Тем не менее, несмотря на многочисленные достижения в нейробиологии, многие вопросы, включая то, что вызывает сознание и что вызывает неврологические заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, остаются без ответа.

Нанотехнологии готовы помочь исследователям и ученым ответить на многие из этих вопросов.

На пути к NanoNeuro

Фрейд надеялся основать психологию на понимании нейронных событий внутри мозга. Однако методы изучения мозга на физиологическом уровне были ограничены, и предстоит еще долгий путь для моделирования активности мозга на уровне нейронов.

Достижения в этой области помогут нам понять функционирование мозга и лечить неврологические заболевания.

Авторы статьи Nature Methods описывают NanoNeuro как применение наноматериалов – нанозондов и наноэлектродов в нейробиологии. Эти наноматериалы помогут нам исследовать нейронные схемы в невероятно малых масштабах. Он использует те же процессы, которые уменьшили размер компьютеров с ангара до размера микросхемы в смартфоне.

Такие материалы, как углеродные нанотрубки и графен, обладают уникальными химическими, термическими и механическими свойствами. На квантовом уровне они демонстрируют экзотические свойства и совершенно новые функции.

Плазмонные наночастицы обладают уникальными оптическими свойствами, которыми можно управлять с помощью их формы и размера. Их можно было использовать для возбуждения нейронов с высокой степенью точности.

Квантовые точки – это наночастицы, флуоресцирующие под действием электрического поля. Эта флуоресценция может модулироваться силой электрического поля и выявлять активность отдельных нейронов. Они могут заменить флуоресцентные красители, которые в настоящее время используются в медицинской визуализации.

Преобразование наночастиц с повышением частоты преобразует электроны с низкой энергией в электроны с высокой энергией. Исследователям удалось заставить мышей видеть инфракрасные цвета, вводя эти частицы в их сетчатку.

Поскольку человеческое тело почти полностью невредимо от магнитных полей, магнитные наночастицы могут быть встроены в ткань мозга, чтобы модулировать активность нейронов.

Нанотехнологии – перспективная технология 21 ^-го века. Он имеет возможность преобразовывать теорию нейробиологии в полезные приложения, наблюдая, манипулируя и контролируя материю в нанометровом масштабе. Это дает возможность исследовать нейронную активность на субклеточном уровне, значительно улучшая наше понимание критических функций мозга.

Ссылки и дополнительная литература

Garcia-Etxarri, A., et. Al. (2021) Время для NanoNeuro. [Online] Nature Methods.
Доступно по адресу: https://doi.org/10.1038/s41592-021-01270-9[19459028impression[19459029visible Knight)

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.