Luce e impulsi neuronali al cervello

È possibile modificare l’attività neuronale attraverso impulsi luminosi, senza procedure invasive, con possibili applicazioni in ambito neurologico.

Se ne parla in questo interessante articolo.


Una nuova tecnica per manipolare l’attività dei neuroni cerebrali con impulsi luminosi senza ricorrere a procedure fortemente invasive, come l’impianto di fibre ottiche nel cervello, è stata messa a punto da un gruppo di ricercatori del RIKEN Brain Science Institute a Wakoshi, in Giappone, e della National University of Singapore, che la descrivono su “Science”. In una prospettiva di medio termine, il risultato potrebbe portare allo sviluppo di nuove tecniche di stimolazione cerebrale profonda applicabili a disturbi neurologici negli esseri umani.

L’optogenetica – che ha permesso di ottenere conoscenze altrimenti impossibili sul funzionamento dei circuiti neuronali – prevede la creazione di animali da esperimento geneticamente modificati con l’inserimento di un gene, di solito di origine batterica, che induce particolari gruppi di neuroni a produrre proteine sensibili alla luce blu-verde. In questo modo è possibile attivare o disattivare a comando, con semplici impulsi di luce, le cellule cerebrali marcate geneticamente.

Per portare a destinazione gli impulsi luminosi però bisogna impiantare nel cervello una serie di fibre ottiche e questo determina due forti limitazioni: il numero di neuroni manipolabili è molto ristretto ed è difficile raggiungere alcune parti del cervello senza rischiare danni collaterali.

Shuo Chen e colleghi hanno ora sviluppato una tecnica che permette di ampliare notevolmente il numero di neuroni manipolabili ed è solo minimamente invasiva. Il nuovo protocollo prevede infatti una sola semplice iniezione di particolari nanoparticelle nella regione cerebrale da studiare, che vengono poi stimolate attraverso impulsi di luce laser erogati dall’esterno del cranio.

In particolare, le nanoparticelle usate dai ricercatori – chiamate UCNP (upconversion nanoparticles) contengono elementi della famiglia chimica dei lantanidi, che quando sono stimolate con luce di lunghezza d’onda prossima a quella dell’infrarosso (NIR, near infrared) emettono in risposta proprio una luce blu-verde.

Inoltre, la luce NIR ha la capacità di penetrare nei tessuti organici – sia quelli cerebrali che della calotta cranica – senza subire una dispersione apprezzabile.

In una serie di esperimenti su topi, i ricercatori sono così riusciti a innescare o disinnescare a comando reazioni di congelamento o di fuga con risultati del tutto confrontabili a quelli ottenuti con la tecnica optogenetica classica.

 

 

Tratto da “Le Scienze” del 9 febbraio 2018
Di seguito il link allo studio citato nell’articolo: http://science.sciencemag.org/content/359/6376/679


 
unsplash-logoDaniel Hjalmarsson

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Alessandra Fais

Medico, comitato scientifico UPE

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