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Aug 05, 2023

작고 유연한 척추 프로브 시스템으로 더 나은 치료법 제공 가능

척수는 뇌보다 접근하고 연구하기가 더 어렵습니다. 이동성과 해부학적 구조로 인해 발생하는 문제로 인해 그것이 어떻게 기능하는지 정확히 이해하는 것이 어려워졌습니다. 쌀

척수는 뇌보다 접근하고 연구하기가 더 어렵습니다. 이동성과 해부학적 구조로 인해 발생하는 문제로 인해 그것이 어떻게 기능하는지 정확히 이해하는 것이 어려워졌습니다.

라이스 대학의 엔지니어들은 공동연구자들과 협력하여 척추에서 사용하기 위해 뇌의 뉴런에서 충실도가 높은 장기 데이터를 수집하는 데 이미 성공적으로 사용된 나노전자 스레드 또는 NET의 배열을 최적화할 예정이며, 4개 분야에 625만 달러의 지원을 받을 것입니다. 국립 보건원(National Institutes of Health)으로부터 연간 보조금을 받습니다.

신경 활동 기록 외에도 NET 프로브는 인접한 신경 세포에 대한 조정 가능하고 국부적인 자극을 제공할 수 있습니다. Rice 신경공학자들은 또한 NET을 더 큰 규모의 데이터 처리 시스템에 통합함으로써 NET의 기능적 대역폭을 극대화하기를 희망합니다.

새로운 도구는 신경과학자들이 척수 기능의 비밀을 밝히고 부상 및 기타 관련 질병을 앓고 있는 환자들에게 새로운 희망을 가져다 줄 수 있습니다.

“지금까지 우리는 척수의 뉴런이 실제로 어떻게 작동하는지 잘 이해하지 못했습니다.”라고 보조금의 수석 조사관이자 전기 및 컴퓨터 공학 및 신경공학 부교수인 Chong Xie가 말했습니다. “예를 들어 팔을 움직이거나 걸어다니면 뇌에 의도가 있고 근육은 원하는 대로 정확하게 작동합니다. 초기 의도를 각 근육의 특정 동작으로 전환하는 작업은 척수에서 작동되고 구현되며, 척수에서는 수많은 뉴런으로 구성된 회로가 이 작업을 수행합니다. 그러나 우리는 이것이 어떻게 달성되는지 정확히 알지 못합니다.”

전극을 사용하여 뇌의 신경 활동을 추적함으로써 신경과학자들은 뇌 기능에 대해 많은 것을 배울 수 있었습니다. Xie와 공동 연구자가 개발한 유연한 NET 프로브는 뇌 조직과 원활하게 통합되며 뇌의 개별 뉴런에서 전기 정보를 기록하는 데 사용될 때 견고한 프로브보다 더 나은 성능을 발휘합니다.

예비 테스트에서는 NET 프로브가 생쥐의 척수 뉴런에서 고품질의 장기간 기록을 달성할 수 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 과학자들은 NET를 척수의 특정 구조적 및 기능적 요구에 맞게 더욱 조정할 계획입니다.

뇌에서 뉴런, 즉 회백질과 백질로 알려진 신경 섬유 다발의 분포는 척수의 해부학적 구조와 정반대입니다.

"우리는 일반적으로 이것을 척수의 '인사이드-아웃 해부학'이라고 부릅니다."라고 전기 및 컴퓨터 공학 조교수이자 연구비 공동 조사자인 Lan Luan이 말했습니다. “뇌의 바깥층 ⎯ 회백질 ⎯은 뉴런이 있는 곳이고, 백질이라고 불리는 섬유는 내부에 있습니다. 척수에서는 백질이나 섬유가 외부에 있어 뉴런을 보호합니다. 이로 인해 해당 뉴런에 접근하는 것이 더욱 어려워졌습니다.”

더 나은 접근을 보장하기 위해 과학자들은 척추의 여러 부위에 이식할 수 있을 만큼 작지만 더 넓은 깊이 범위와 척수 단면의 뉴런에서 데이터를 캡처할 수 있는 충분한 채널을 갖춘 프로브 설계를 개발할 계획입니다.

또 다른 목표는 프로브에 기록 기능 외에도 자극 기능을 장착하는 것입니다.

"전극은 두 가지를 모두 할 수 있습니다"라고 Luan은 말했습니다. “척수 손상이나 다른 유형의 부상을 입은 환자의 경우 자극이 미세한 운동 제어를 회복하는 방법이 될 수 있기 때문에 이는 건강과 직접적인 관련이 있습니다. 척수에 자극을 가하면 국소적인 움직임을 회복할 수 있음을 입증하는 매우 성공적인 기술이 몇 가지 있습니다. 그러나 더 미세한 모터 제어에 영향을 미치려면 코드 내부로 들어가 이 자극을 적용하기 위한 더 높은 수준의 접근 권한과 정밀도가 필요하다고 믿습니다."

척수는 통증 과정에서 중요한 역할을 하므로 어떤 척추 뉴런이 통증 신호 전달과 직접적으로 관련되어 있는지 확인하면 더 나은 통증 관리 치료법을 열 수 있습니다.

Xie 박사는 “통증 정보 처리에 중요한 역할을 하는 특정 유형의 척추 뉴런을 식별하면 잠재적으로 해당 세포를 정확하게 표적으로 삼는 약물 개발이 가능할 수 있습니다.”라고 말했습니다. "또는 전극을 사용하여 뉴런을 자극하고 활동을 조절하여 통증 신호가 뇌에 전달되지 않도록 할 수도 있습니다."