光遗传学有望通过激发或抑制不同波长的光的神经元来操纵大脑回路。到目前为止，神经探针在很大程度上仅限于单一颜色，只能激发或抑制。由于难以集成必要的技术，具有紧密排列的双色光源的探头已被证明是难以捉摸的。
现在，马萨诸塞大学阿默斯特分校的研究人员开发了一种双色光遗传学神经探针。与以前的单色探针不同，单色探针通常只在一个方向上控制大脑活动 - 兴奋或抑制 - 这种新设计可以增强和沉默大脑特定皮层内相同神经元的电活动。它有望帮助研究皮层和大脑深部区域内紧密排列的神经微电路，从长远来看，可以增加大脑的功能映射。
研究人员创建了一种集成了紧密排列的双色micro-LED和微电极的单片神经探针，以实现小鼠躯体感觉皮层两层内的体内光遗传学刺激。该团队展示了激发和抑制特定层大脑动力学的能力。
马萨诸塞大学阿默斯特分校电气与计算机工程副教授、Dev and Linda Gupta教授、该研究的首席研究员Guangyu Xu希望该设备最终能够帮助研究人员确定脑部疾病的起源。
“我们能够向大脑发送两种颜色的光中的一种，让每个皮层内的神经元变得更加活跃或更加安静，正如你从电神经记录信号中可以看出的那样，”徐说。“这种能力，即双向光遗传学电生理学，将有利于对大脑回路的高分辨率询问，并阐明动物疾病模型。
据徐说，双向控制是促进对癫痫和帕金森病等疾病的理解的关键特征。“例如，对于癫痫，你可能需要使大脑的某些区域保持沉默，而不是激活它们，”他说。“这一要求是我们制造这种双色设备的动机之一。探针上的第二种颜色增加了对大脑进行光学控制的灵活性。
制造这样的器件并非易事，需要将不同的光电材料封装到一个小尺寸中，并且彼此之间的串扰较低。“我们在这项工作中开发了一种高产量的整合方法，”徐说。
这项工作标志着该技术的首次初步测试，展示了该设备在小鼠大脑中提供高空间分辨率和双向控制的能力。“我们在老鼠身上所做的是打开那些蓝色或红色的LED，以关闭或打开相同的本地大脑回路，”他说。“这种空间分辨率归结为特定的皮层，这在记录痕迹中已经提出。
Xu预计，未来的研究将扩展到在身体的其他部位测试该设备，可能在大脑之外。目前的研究与Xu在美国国家科学基金会资助的一个项目上的工作有关，该项目旨在开发两个高密度集成光电阵列，以亚细胞分辨率探测肌肉收缩和再生过程。
该研究发布在Cell Reports Physical Science上。
