De nieuwe apparaten maken complexe draadloze controle van de hersenactiviteit van muizen mogelijk
Met behulp van headsets en rugzakken op muizen gebruiken wetenschappers licht om zenuwcellen in de hersenen van knaagdieren aan en uit te zetten om het sociale gedrag van de dieren te onderzoeken, blijkt uit een nieuwe studie.
Deze experimenten met afstandsbediening zijn onthullend nieuwe inzichten over de neurale circuits die ten grondslag liggen aan sociale interacties, ter ondersteuning van eerder werk dat suggereert dat gesynchroniseerde geesten meer coöperatief zijn, rapporteren onderzoekers online op 10 mei Nature Neuroscience.
De nieuwe apparaten zijn gebaseerd op optogenetica, een techniek waarbij onderzoekers lichtuitbarstingen gebruiken om de hersenzenuwcellen of neuronen te activeren of te onderdrukken, waarbij vaak op maat gemaakte virussen worden gebruikt om cellen genetisch te modificeren zodat ze reageren op verlichting (SN: 15/01/10). Wetenschappers hebben optogenetica gebruikt om neurale circuits in muizen en andere proefdieren te onderzoeken om inzicht te krijgen in hoe ze zouden kunnen werken bij mensen (SN: 22/10/19).
Optogenetische apparaten sturen vaak licht naar neuronen via glasvezelkabels, maar dergelijke banden kunnen natuurlijk gedrag en sociale interacties verstoren. Hoewel wetenschappers onlangs implanteerbare draadloze optogenetische apparaten hebben ontwikkeld, zijn deze afhankelijk van relatief eenvoudige afstandsbedieningen of beperkte sets voorgeprogrammeerde instructies.
Deze nieuwe volledig implanteerbare optogenetische arrays voor muizen en ratten kunnen meer geavanceerd onderzoek mogelijk maken. Concreet kunnen de onderzoekers de programmering van elk apparaat tijdens de experimenten aanpassen, “zodat je op een veel complexere manier kunt richten op wat een dier doet”, zegt Genia Kozorovitskiy, een neurobioloog aan de Northwestern University in Evanston, Illinois.
Deze op het hoofd gemonteerde en aan de achterkant gemonteerde apparaten zijn batterijloos en worden draadloos gevoed door dezelfde hoogfrequente radiogolven die worden gebruikt om de intensiteit, duur en timing van de lichtpulsen op afstand te regelen. Dankzij de prototypes kunnen wetenschappers tegelijkertijd vier verschillende neurale circuits in een dier besturen, dankzij leds die vier tinten uitstralen – blauw, groen, geel en rood – in plaats van slechts één.
In experimenten met muizen gebruikten Kozorovitskiy en collega’s de apparaten om zich te richten op de prefrontale cortex, een deel van de hersenen dat verband houdt met besluitvorming en ander complex gedrag. Toen het team vergelijkbare patronen van neurale stimulatie in dit gebied leverde aan paren of trio’s muizen, verzorgden en snuffelden de knaagdieren metgezellen met wie hun neuronen synchroon liepen dan degenen met wie ze niet synchroon liepen. De bevindingen ondersteunen eerder onderzoek dat suggereert dat dit soort synchronie tussen geesten sociaal gedrag kan stimuleren, “met name coöperatieve interacties”, zegt Kozorovitskiy.
De algemeen beschikbare draadloze technologie die in dit werk wordt gebruikt, dezelfde die nu wordt gebruikt bij contactloze betaling met creditcards, zou een brede acceptatie in de neurowetenschappelijke gemeenschap mogelijk kunnen maken “zonder uitgebreide gespecialiseerde hardware”, zegt neurotechnoloog Philipp Gutruf van de Universiteit van Arizona in Tucson, die dat wel deed. niet deelnemen aan dit onderzoek. Dat “betekent dat we deze apparaten in de nabije toekomst in veel laboratoria kunnen zien, waardoor nieuwe ontdekkingen mogelijk zijn.” De inzichten die door dergelijk onderzoek over het zenuwstelsel worden verkregen, kunnen volgens hem op hun beurt ‘betere diagnostiek en therapieën bij mensen opleveren’.