神经调节剂使大鼠能力‘touch’ infrared light

研究人员给了大鼠的能力“touch”红外光,通常对它们看不见,通过用红外探测器连接到植入术语脑部的微观电极的微观检测器,该微观电极处理触觉信息。

杜克大学神经生理学家Miguel Nicolelis表示,这一成就代表了脑机界面在成人动物中增强了意义。该实验还首次证明了新颖的感官输入可以通过专门从事另一个意义的皮质区域处理“hijacking”这个脑面积的功能表示Nicolelis。例如,这种发现表明,这种人可以通过植入另一个皮质区域植入的神经调节剂来重新获得视线。

神经调节剂使大鼠能力'touch' infrared light虽然初步实验只测试了大鼠是否可以检测到红外线,但似乎没有理由在尼科利斯说,这些动物未来无法给予全掉的红外视野。如上所述,可以开发皮质神经调节剂以使动物或人类能够在电磁谱,甚至磁场的任何区域中看到。“我们可以创建对任何物理能量敏感的设备,” he said. “它可以是磁场,无线电波或超声波。我们最初选择红外线,因为它没有’t干扰我们的电生理记录。”

尼科利斯和同事Eric Thomson和Rafael Carra于2013年2月12日在线日记发布了他们的调查结果 自然通信。他们的研究由国家心理健康研究所赞助。

“脑机接口领域的哲学直到现在,目前已经试图恢复失去的电机功能或损坏中枢神经系统的损坏,”这项研究的第一个作者表示汤姆森。“这是第一种纸张,其中用于增加函数,从而使常规动物能够获得第六种意义。”

哺乳动物视网膜对红外光无与伦比,哺乳动物不能检测到研究中使用的弱红外光产生的任何热量。在他们的实验中,研究人员使用了一种测试室,该测试室包含三种光源,可以随机接通。使用可见光LED灯,首先通过将其鼻子送入附件的鼻子来接收水的奖励来选择有源光源。

在训练大鼠之后,研究人员植入他们的大脑阵列刺激的微电极,每个阵列大致为1个人的头发的直径。植入微电极在处理从动物的触摸信息的皮质区域中’ facial whiskers.

连接到微电极是粘贴到动物的红外探测器’额头。系统被编程,使得朝向红外光的方向会触发到大脑的电信号。信号脉冲频率升高,具有光的强度和接近。

研究人员将这些动物返回到测试室,逐渐用红外灯替换可见光。起初在红外试验中,当光线接触时,动物将倾向于在奖励港口随机戳,并在尼古拉斯说。这表明它们最初将大脑信号作为触摸解释。然而,在大约一个月内,动物学会了将脑信号与红外源相关联。他们开始积极“forage”对于信号,来回扫过他们的头,以引导自己的光源。最终,它们在跟踪和识别红外光源的正确位置来实现近乎完美的分数。

为了确保动物真正使用红外探测器而不是他们的眼睛感知红外光,研究人员进行了灯开启的试验,但探测器向大脑发送没有信号。在这些试验中,大鼠没有对红外光反应。

尼科利斯表示,尼科利斯的一个关键发现是,携带光检测的触摸皮质没有降低其处理触摸信号的能力。“当我们从这些动物的触摸皮质录制信号时,我们发现虽然细胞已经开始响应红外线,但它们继续回应晶须触摸。几乎就像皮质均匀地划分,使神经元可以处理两种类型的信息。

这种脑塑性的发现与此相反“optogenetic”脑刺激的方法,该刺激应刺激特定的神经元细胞类型以产生所需的神经功能。相反,所述尼科利斯表示,实验表明,宽的电刺激,该电刺激,该电刺激,其招募许多不同的细胞类型,可以驱动皮质区域以适应新的感觉输入来源。

可以实现各种神经高原装置的主要技术成果是实验室’在去年12月宣布的能力宣布,立即记录来自近2,000只脑细胞的大脑信号,前所未有的数字表示Nicolelis。最终,研究人员希望通过10,000个皮质神经元同时创作产生的电活动。 Nicolelis说,这种大规模的大脑记录能够更精确地控制运动神经调节剂 - 例如由散步开发的那些项目[www.walkagainproject.org] - 尼科利斯说,将电机控制恢复到瘫痪的人。

再次散步项目最近收到了一家关于SFITP的2000万美元的授权,这是一项巴西研究资金机构,允许在严重瘫痪的患者中恢复旨在恢复流动性的第一个脑控制的全身外骨骼。预计这项技术的首次演示将在巴西2014年足球世界杯的开幕式游戏中发生。

尼科利斯表示,扩展感觉能力还可以实现新型的反馈回路以提高这种外骨骼的速度和准确性。例如,虽然研究人员现在正在寻求使用触觉反馈,但允许患者感受出这样的运动“robotic vests,”反馈也可以是无线电信号或红外光的形式,其将为exoskeleton肢体提供人员信息’S位置和遇到物体。



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