Что такое оптогенетика?
Это биологический метод, который контролирует активность, связанную с нейронами и другими видами клеток.
- Оптогенетическое переключение миграции сократительных клеток (arXiv)
Автор:Оливер М. Дроздовски, Фалько Циберт, Ульрих С. Шварц
Аннотация: Ползание клеток по плоским субстратам основано на внутриклеточных потоках актинового цитоскелета, которые управляются как полимеризацией актина спереди, так и сократительной способностью миозина сзади. Новый экспериментальный инструмент оптогенетики позволяет пространственно контролировать сокращение и тем самым, возможно, также миграцию клеток. Здесь мы анализируем эту ситуацию теоретически, используя одномерную модель активного геля, в которой исключенные объемные взаимодействия миозина и их агрегация в минифиламенты моделируются сверхкритической ван-дер-ваальсовой жидкостью. Эта физически простая и прозрачная, но нелинейная и термодинамически строгая модель предсказывает бистабильность между неподвижными и подвижными растворами. Затем мы показываем, что можно переключаться между этими двумя состояниями в реалистичных диапазонах параметров посредством оптогенетической активации или ингибирования сократимости, что согласуется с недавними экспериментами. Мы также прогнозируем требуемую силу активации и время инициации.
2. Система-на-чипе для оптогенетической модуляции сна с обратной связью (arXiv)
Автор:Силинь Лю, Эндрю Г. Ричардсон
Аннотация: Стимуляция популяций нейронов-мишеней с использованием оптогенетических методов во время определенных стадий сна начала объяснять механизмы и эффекты сна. Для проведения оптогенетических исследований сна с обратной связью у непривязанных животных мы разработали полностью интегрированную систему на кристалле с низким энергопотреблением (SoC) для классификации стадий сна в реальном времени и оптической стимуляции для конкретных стадий. SoC состоит из 4-канального аналогового внешнего интерфейса для записи сигналов полисомнографии, ядра машинного обучения (ML) для смешанных сигналов и 16-канального внутреннего модуля оптической стимуляции. Новый алгоритм машинного обучения и инновационные методы проектирования схем улучшили производительность онлайн-классификации при минимизации энергопотребления. SoC был спроектирован и смоделирован в 180-нм КМОП-технологии. При оценке с использованием помеченной экспертами базы данных сна с участием 20 субъектов SoC достигает высокой чувствительности 0,806 и специфичности 0,947 при различении 5 стадий сна. Общая потребляемая мощность в непрерывном режиме составляет 97 мкВт.
3. Оптогенетически индуцированные пространственно-временные гамма-колебания в зрительной коре (arXiv)
Автор:Ферештех Араб, Сарех Ростами, Мохаммад Дехгани-Хабибабади, Вахид Салари, Мир-Шахрам Сафари
Аннотация: было высказано предположение, что гамма-колебания коры головного мозга играют важную роль во многих когнитивных процессах и могут быть связаны с психическими состояниями, включая тревогу, шизофрению и аутизм. Гамма-ритмы обычно наблюдаются во многих областях мозга как во время бодрствования, так и во сне, однако их функции и механизмы остаются предметом дискуссий. Пространственно-временные гамма-колебания могут объяснить представление нейронов, вычисления и формирование связи между нейронами коры, даже неврологические и нейропсихиатрические расстройства в новой коре. В этом исследовании динамика нейронной сети и пространственно-временное поведение в коре головного мозга исследуются во время гамма-активности мозга. Мы непосредственно наблюдали гамма-колебания при визуальной обработке как пространственно-временные волны, вызванные целенаправленной оптогенетической стимуляцией. Нами экспериментально продемонстрирована постоянная оптогенетическая стимуляция на основе опсина ChR2 под контролем промотора CaMKIIα, которая может индуцировать устойчивые узкополосные гамма-колебания в зрительной коре крыс в коматозных состояниях. Инъекции вирусного вектора [LentiVirus CaMKIIα ChR2] проводили на две разные глубины, 200 и 500 мкм. Наконец, мы компьютерно анализируем наши результаты с помощью модели Уилсона-Коуэна.
4.Механизмы, лежащие в основе реакции корковых сетей мышей на оптогенетические манипуляции (arXiv)
Автор:Александр Махрах, Гуан Чен, Нуо Ли, Карл ван Врисвейк, Дэвид Гензель
Аннотация: ГАМКергические интернейроны можно разделить на три подкласса: парвальбуминположительные (PV), соматостатинположительные (SOM) и серотонинположительные нейроны. Вместе с основными ячейками (ПК) они образуют сложные сети. Мы изучаем ответы PC и PV в передней латеральной моторной коре (ALM) и стволовой коре (S1) мышей при фотостимуляции PV in vivo. В слое 5 реакция ФВ парадоксальна: фотовозбуждение снижает их активность. Это не относится к уровню 2/3 ALM. Мы объединяем аналитические расчеты и численное моделирование, чтобы исследовать, как эти результаты ограничивают архитектуру. Двухпопуляционные модели не могут объяснить результаты. Сети с тремя подавляющими популяциями и архитектурой, подобной V1, учитывают данные на уровне 2/3 ALM. Наши данные в слое 5 можно объяснить, если нейроны SOM получают входные данные только от нейронов PC и PV. В обеих четырехпопуляционных моделях парадоксальный эффект подразумевает не слишком сильное периодическое возбуждение. Это не свидетельствует о стабилизации путем ингибирования.
