A capacidade de estimular circuitos neurais com luz de altíssima precisão para controlar células - optogenética - é a chave para avanços interessantes no estudo e mapeamento do cérebro vivo. No estado da arte atual, luz espacialmente padronizada projetada via óptica de espaço livre estimula pequenos, organismos transparentes e excita os neurônios dentro das camadas superficiais do córtex.

Contudo, a dispersão e a absorção de luz no tecido neural fazem com que a penetração da luz seja extremamente curta, tornando impossível empregar métodos ópticos de espaço livre para sondar regiões do cérebro mais profundas do que cerca de 2 mm.

Em "Fotoestimulação padronizada via sondas fotônicas de comprimento de onda visível para optogenética cerebral profunda, "publicado hoje pela SPIE, a sociedade internacional de óptica e fotônica, no jornal Neurophotonics , o autor principal Eran Segev do grupo do professor Michael Roukes na Caltech, junto com co-autores da Caltech, Baylor College of Medicine, e a Stanford University, descrever uma solução. O artigo está disponível em acesso aberto.

Sua abordagem combina nanofotônica e sistemas microeletromecânicos (MEMS) em um implantável, ultra-estreito, Sonda fotônica baseada em silício para fornecer luz nas profundezas dos tecidos cerebrais. Esta técnica minimamente invasiva evita grandes deslocamentos de tecido durante a implantação.

Usando técnicas de optogenética, uma proteína no cérebro atua como um fotorreceptor sensorial e pode ser controlada por comprimentos de onda de luz específicos. Essas técnicas combinadas fornecem uma nova abordagem para a estimulação dos circuitos cerebrais com resolução notável, permitindo a observação e controle de neurônios individuais.

Essas descobertas apresentam aplicações generalizadas e promissoras para as comunidades de neurociência e pesquisa neuromédica. Desde a caracterização do papel de neurônios específicos e a identificação de circuitos neurais responsáveis ​​pelo comportamento até a habilitação de novos métodos de condicionamento operante por meio de ativações de circuitos induzidas por recompensa, A optogenética tornou-se um novo caminho para neurocientistas que buscam avanços nas capacidades de pesquisa.

O artigo aparece em uma seção especial em Neurophotonics , Mapeamento cerebral e terapêutica, com Shouleh Nikzad, Laboratório de propulsão a jato, Caltech, servindo como editor convidado sênior. A seção especial faz parte de uma parceria da SPIE com a Society for Brain Mapping and Therapeutics (SBMT), servindo como uma abordagem multidisciplinar para o uso de tecnologia avançada para resolver distúrbios neurológicos e doenças e para compreender a neurociência. O esforço foi iniciado durante o mandato de Nikzad como presidente do SBMT em 2015.