نوروفوتونیک، جراحی اعصاب و اپتوژنتیک

نوروفوتونیک، جراحی اعصاب و اپتوژنتیک. در این جلسه موضوعاتی مانند نوروفوتونیک بالینی و ترجمه، تصویربرداری و سنجش عصبی و اپتوژنتیک و دستکاری نوری ارائه می شود.

الیاف فوق نازک برای اپتوژنتیک کم تهاجمی

ظهور اپتوژنتیک عصر جدیدی از علوم اعصاب را آغاز کرده است، زیرا به محققان اجازه می دهد نورون های خاصی را با نور در حیواناتی که آزادانه حرکت می کنند فعال یا مهار کنند. همراه با ضبط‌های الکتروفیزیولوژیکی، ابزارهای اپتوژنتیک می‌توانند تعاملات پیچیده بین نورون‌ها را در طول عملکردهای روزمره و همچنین در شرایط بیماری آشکار کنند.

فیبرهای نوری برای اپتوژنتیک معمولاً دارای سطح مقطع چند مرتبه بزرگتر از یک الکترود سیمی یا سلول مغزی هستند که می تواند به نورون های ثبت شده آسیب برساند و در نتایج تجربی تداخل ایجاد کند. اکنون، محققان آلمانی یک ساختار بهبود یافته بر اساس فیبرهای نوری فوق نازک ایجاد کرده اند که کمترین اختلال را در بافت مغز اطراف ایجاد می کند 

فیبرهای نوری به اندازه سلول

یک رویکرد رایج برای ترکیب دستکاری اپتوژنتیک و ضبط های الکتروفیزیولوژیکی استفاده از فیبر نوری با قطر بزرگ است که بافت ظریف اطراف الکترود را روشن می کند. با این حال، چنین الیاف حجیم نه تنها تعداد کانال‌های روی سر حیوان را محدود می‌کنند، بلکه می‌توانند بر کیفیت ضبط به دلیل تداخل فتوشیمیایی و الکترومغناطیسی، اثرات فتوولتائیک و آسیب‌های مکانیکی هنگام کاشت تأثیر منفی بگذارند.

نویسنده اول، دیوید اریکسون از آزمایشگاه اپتوفیزیولوژی در دانشگاه فرایبورگ آلمان گفت: «ضبط همزمان در مقیاس بزرگ و مداخلات اپتوژنتیک ممکن است کلید رمزگشایی گفتگوی سریع و چندوجهی بین نورون‌ها باشد که عملکرد مغز را حفظ می‌کند. "در حالی که الکترودها از تک سیم تا صدها کانال ضبط و کاهش سطح مقطع پیشرفت زیادی داشته اند، فیبرهای نوری از نظر اندازه و تعداد کانال های تحریک اصلاح نشده اند."

برای کاهش این مشکلات، اریکسون و همکارانش تصمیم گرفتند یک فیبر نوری ضخیم را با چندین فیبر نوری فوق نازک به اندازه سلول جایگزین کنند که الکترود را احاطه کرده است. در این فرآیند، آنها باید یک چارچوب نوری کاملاً جدید ایجاد می‌کردند - که آن را انتشار نور فیبر ذوب شده و ضبط خارج سلولی (FFLEXR) نامیدند - که همچنان امکان ضبط و تحریک را در یک حیوان آزادانه در حال حرکت می‌داد.

تحریک عصبی موفق

FFLEXR از الیاف بسیار نازک با قطر بیرونی و هسته به ترتیب 30 و 24 میکرون استفاده می کند که می توانند برای کاشت به هر پروب سیلیکونی متصل شوند. بر خلاف الیاف ضخیم سنتی با قطر هسته 200 میکرون، الیاف FFLEXR بسیار منعطف با شعاع خمشی بسیار کوچک‌تر هستند و به حیوانات اجازه می‌دهند بدون محدودیت حرکت کنند. راه اندازی آزمایشی همچنین شامل یک رابط فیبر ماتریس سبک وزن، یک کموتاتور نوری برای تحریک کارآمد چند کاناله و یک کابل پچ همه منظوره است.

ایلکا دیستر، نویسنده ارشد، همچنین از آزمایشگاه اپتوفیزیولوژی در دانشگاه فرایبورگ، گفت: «رویکرد جایگزین ما انعطاف‌پذیری برای اعمال هر طول موج دلخواه از طریق یک منبع نور قابل تعویض خارجی و فعال کردن تحریک اپتوژنتیک در اعماق مختلف بافت مغز را حفظ می‌کند.

محققان سیستم خود را با انجام همزمان دستکاری اپتوژنتیک، ضبط الکتروفیزیولوژیک و بازخوانی رفتاری در موش‌ها و موش‌های صحرایی که آزادانه حرکت می‌کنند، تأیید کردند. در هر دو مورد، حیوانات با چندین فیبر نوری بسیار نازک با حداقل تهاجم و همچنین پروب های آرام برای ضبط خارج سلولی با کیفیت بالا کاشته شدند. در نهایت، هدف آنها گسترش FFLEXR برای دستیابی به ضبط سطح کل مغز و تحریکات اپتوژنتیک است.

اریکسون می‌گوید: «استفاده آینده از این سیستم می‌تواند ثبت فعالیت عصبی از آن فیبرها باشد. این می‌تواند راهی برای مطالعه سیگنال‌های تعدیل‌کننده عصبی با تفکیک فضایی باشد، که به نوبه خود برای درک انواع مختلف بیماری‌ها حیاتی هستند.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری

زمینه های تخصص

ردیابی تک ذرات و وضوح فوق العاده

میکروسکوپ های فلورسانس چندوجهی و کمی

میکروسکوپ الکترونی کریو

میکروسکوپ چند مقیاسی و همبستگی

کنتراست جدید و تصویربرداری عمیق

Precinical In Vivo Imaging

توان عملیاتی بالا و نمایش محتوای بالا

توسعه پروب، دستکاری چشمی و اپتوژنتیک

BioImage انفورماتیک، پردازش تصویر و مدیریت داده

نوروفوتونیک

نوروفوتونیک

رویکردهای ترکیبی و چندوجهی برای تصویربرداری عصبی

تصویربرداری همودینامیک نوری و تعاملات عصبی عروقی

تصویربرداری مزوسکوپی، میکروسکوپی و آندوسکوپی از ساختار و عملکرد عصبی

پراکندگی بافت، پاکسازی و پراکندگی زدایی

میکروسکوپ فوق رزولوشن و نانوسکوپی سیستم عصبی

گزارشگران و محرک های جدید، اپتوژنتیک، بیولومینسانس

تجزیه و تحلیل داده ها، یادگیری ماشین و پردازش تصویر

تجزیه و تحلیل مدار، عملکرد شبکه و پردازش اطلاعات

اپتیک و بیماری مغز

شکل دهی نور در مغز، هولوگرافی

اشاعه و تجاری سازی فناوری های BRAIN

رابط های عصبی نوری حلقه بسته

اپتیک و مغز

5. اپتوژنتیک، رمزگذاری ژنتیکی، و کاوشگرهای جدید

سخت افزار اپتود و الکترود برای تحریک و/یا ضبط

استفاده از میکروسکوپ های مینیاتوری با اپتوژنتیک

نشانگرهای کلسیم و ولتاژ رمزگذاری شده ژنتیکی

اشکال جدید کنتراست عملکردی

استراتژی های ژنتیکی جدید برای اپتوژنتیک

مدل سازی و غلبه بر پراکندگی در اپتوژنتیک

چالش های افزایش اپتوژنتیک به پستانداران غیر انسانی

6. پراکندگی، پاکسازی، و مهندسی جبهه موج

پیشرفت در میکروسکوپ ورق نوری

تکنیک‌های جدید برای تصویربرداری و تحریک مغز در داخل بدن و در شرایط آزمایشگاهی

گورخرماهی، مگس سرکه و موجودات کوچک مشابه

تکنیک های پاکسازی و تصویربرداری ساختاری، حیوان به انسان

مدیریت داده های نوری و استراتژی های تجزیه و تحلیل

استراتژی های چند فوتونی برای تصویربرداری عمیق تر

استراتژی های اپتیک تطبیقی

7. فیزیولوژی و بیماری مغز

استفاده از طیف‌سنجی نوری و سیستم‌های تصویربرداری برای مطالعه مغز در سلامت و بیماری (مانند آلزایمر، سکته مغزی، صرع و غیره)

مدل های بیماری مغز و ابزارهای نوری

فتوترومبوز

درمان نوری

فتودینامیک درمانی

8. ابزار کلان داده (جمع آوری، مدیریت، کاهش، تجزیه و تحلیل)

استراتژی های تصویربرداری سریع

تصویربرداری برش های سریال

میکروسکوپ های میدان دید بزرگ و پهنای باند فضا

استراتژی های فشرده سازی

ابزارهای مدیریت داده ها

فراگیری ماشین

ابزارهای نرم افزاری و فرمت های داده

9. هیبریدهای نوری

فوتوآکوستیک / اپتوآکوستیک

رویکردهای آکوستو-اپتیک

مدولاسیون صوتی فعالیت عصبی

ترکیبی نوری / PET / CT / MRI

ترکیبی الکتریکی/نوری

اپتیک و مغز

اپتیک و مغز

1. اپتیک در مغز انسان

طیف‌سنجی نزدیک مادون قرمز عملکردی (fNIRS) و توموگرافی نوری منتشر (DOT)

طیف سنجی همبستگی پراکنده.

سیستم های پوشیدنی

رابط های کامپیوتری مغز

تصویربرداری نوری مغز داخل جراحی

پروب های فیبر نوری، طیف سنجی و تصویربرداری آندوسکوپی

مدولاسیون نوری سیستم عصبی مرکزی انسان

عصب شناسی شبکیه

کنتراست لکه ای

مدل سازی عروق و متابولیک

کاربردهای بالینی

عوامل نوری ترجمه (اپتوژنتیک، شاخص های کلسیم، پروب های مولکولی)

2. بازاندیشی الگوهای اسکن و شکل دادن به نور

میکروسکوپ ورق نوری

مهندسی جبهه موج

اپتیک تطبیقی

روشنایی ساختار یافته

تمرکز زمانی

شکل دهی تیر غیر گاوسی (بسل، دونات، هوا و غیره...)

3. تکنیک های ساختاری و فوق رزولوشن

تکنیک های بهبود وضوح

طراحی و بهینه سازی فلوروفورها

استفاده از وضوح فوق العاده

ردیابی ذرات

فرآیندهای مولکولی و بیوفیزیکی

4. تجزیه و تحلیل مدار، عملکرد شبکه و پردازش اطلاعات

سیستم های مدل برای مطالعات شبکه

رویکردهای تئوری- تجربی ترکیبی برای تحلیل شبکه

مدل های استنتاج شبکه

استراتژی های تصویربرداری بهینه شده برای تجزیه و تحلیل شبکه

رمزگشایی توابع از داده های فعالیت

تصویربرداری چند مقیاسی از فعالیت مغز

میکروسکوپ عملکردی

میکروسکوپ های پوشیدنی

میکروسکوپ الکتریکی / نوری هیبریدی.

اپتیک در مغز

اپتیک و مغز (مغز)

محققانی را که در تمام جنبه‌های اپتیک در مغز کار می‌کنند گرد هم می‌آورد و به عنوان یک انجمن برای بحث در مورد تکنیک‌های موجود و نوظهور و همچنین جهت‌گیری‌های آینده که قادر به ایجاد نور جدیدی بر مغز سالم و بیمار هستند، خدمت می‌کند.

فناوری‌های جدیدی را شناسایی کرده‌اند که می‌توانند مغز در حال کار را در تمام سطوح، از نورون‌های منفرد گرفته تا کل ارگانیسم‌های دارای رفتار، کاوش کنند. اپتیک یک جعبه ابزار منحصر به فرد برای تصویربرداری چند مقیاسی از مغز زنده و دست نخورده ارائه می دهد، در حالی که استراتژی های برچسب گذاری ژنتیکی جدید کنتراست نوری را با عملکرد عصبی فراهم می کند و اپتوژنتیک امکان کنترل عملکرد سلولی را با نور فراهم می کند.

این نشست با گرد هم آوردن یک گروه بین‌المللی از مهندسین، دانشمندان نوری و پزشکی، زیست‌شناسان، شیمی‌دانان و پزشکان برجسته، حوزه تحقیقاتی بسیار بین‌رشته‌ای این موضوع را منعکس می‌کند. 

قسمت های مغز

مغز انسان نه تنها یکی از مهم ترین اعضای بدن انسان است. همچنین پیچیده ترین است. مغز از میلیاردها نورون تشکیل شده است و همچنین دارای تعدادی بخش تخصصی است که هر کدام در عملکردهای مهمی نقش دارند.

در حالی که هنوز چیزهای زیادی وجود دارد که محققان هنوز درباره مغز نمی دانند، آنها چیزهای زیادی در مورد آناتومی و عملکرد مغز یاد گرفته اند. درک این بخش‌ها می‌تواند به افراد کمک کند تا تصور بهتری از چگونگی تأثیر بیماری و آسیب بر مغز و توانایی آن برای عملکرد داشته باشند.

قشر مغز بخشی از مغز است که انسان را منحصر به فرد می کند. عملکردهایی که از قشر مغز منشا می گیرند عبارتند از:

آگاهی

تفکر مرتبه بالاتر

خیال پردازی

پردازش اطلاعات

زبان

حافظه

ادراک

استدلال

احساس

اقدام بدنی داوطلبانه 1

قشر مغز همان چیزی است که وقتی به مغز نگاه می کنیم می بینیم. بیرونی ترین قسمتی است که می توان آن را به چهار لوب تقسیم کرد.

هر برآمدگی روی سطح مغز به عنوان شکنج شناخته می شود، در حالی که هر شیار به عنوان یک شیار شناخته می شود.

گروه آموزشی مهندس شکوفه ساتری