在 MHz 和 GHz 频率下检测神经球体活动依赖性变化的装置
神经元与认知
2024-09-26 v1 系统与控制
系统与控制
摘要
由神经活动触发的胞内过程包括离子浓度变化、蛋白质释放和突触囊泡循环。这些过程在神经系统疾病中发挥重要作用。脑刺激的有益效果也可能通过胞内变化介导。目前缺乏监测活动依赖性胞内变化的无标记技术。频率高于 1x10^6 Hz (1 MHz) 的电磁 (EM) 波此前已被用于探测细胞胞内内容物，因为在该频率范围内细胞膜变得透明。在 MHz-GHz 范围内，EM 波与胞内细胞器膜、蛋白质和水相互作用。在本工作中，我们开发了一种装置，用于探测活动神经元胞内内容物与 EM 波之间的相互作用。该装置使用接地共面波导 (GCPW) 阵列将 EM 波传输至大鼠皮层神经元的三维 (3D) 球体。使用光遗传学诱发神经活动，并同步检测 EM 波的传播。在 MHz-GHz 范围内进行宽带测量，以追踪传输系数的变化。发现神经活动可逆地改变了 EM 波传输。药物抑制神经元活动消除了传输中的变化。传输变化的时间常数在数秒至数十秒范围内，表明存在相对缓慢的、活动依赖性的胞内过程。本研究提供了 EM 波通过神经组织传输在 MHz-GHz 范围内具有活动依赖性的首个证据。本工作开发的装置未来可能应用于神经系统疾病机制研究和新疗法开发。
引用
@article{arxiv.2409.16552,
title = {Device for detection of activity-dependent changes in neural spheroids at MHz and GHz frequencies},
author = {Saeed Omidi and Gianluca Fabi and Xiaopeng Wang and James C. M. Hwang and Yevgeny Berdichevsky},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.16552},
year = {2024}
}