Circuiti cerebrali attivati ​​selettivamente con nano-MIND / Brain circuits selectively activated with nano-MIND

Circuiti cerebrali attivati ​​selettivamente con nano-MIND / Brain circuits selectively activated with nano-MIND

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Le funzioni cerebrali di livello superiore, come la cognizione e le emozioni, potrebbero essere comprese meglio grazie allo sviluppo di tecnologie in grado di manipolare specifiche regioni del cervello mediante campi magnetici.

La chiave di questa svolta risiede nella prima tecnologia Nano-MIND (Interfaccia Magnetogenetica per la Neurodinamica) al mondo. 

Sviluppato dai ricercatori del Center for Nanomedicine presso l' Institute for Basic Science (IBS) e la Yonsei University in Corea del Sud, Nano-MIND consente il controllo wireless e remoto di specifiche regioni cerebrali per modulare complesse funzioni cerebrali come emozioni, comportamenti sociali e motivazione negli animali. I risultati del GRUPPO sono stati descritti in dettaglio sulla rivista Nature Nanotechnology.

Il cervello umano contiene oltre 100 miliardi di neuroni interconnessi in una complessa rete. Il controllo dei circuiti neurali è fondamentale per comprendere le funzioni cerebrali superiori come la cognizione, le emozioni e il comportamento sociale, nonché per identificare le cause di diverse patologie cerebrali. 

Le nuove tecnologie per il controllo delle funzioni cerebrali hanno anche implicazioni per il progresso delle interfacce cervello-computer (BCI), come quelle sviluppate da Neuralink, che mirano a consentire il controllo di dispositivi esterni tramite il pensiero.

I campi magnetici sono da tempo utilizzati nella diagnostica per immagini medica grazie alla loro sicurezza ed alla capacità di penetrare i tessuti biologici, ma il controllo preciso dei circuiti cerebrali tramite campi magnetici si è rivelato una sfida per gli scienziati.

Il nuovo sistema Nano-MIND sfrutta campi magnetici e nanoparticelle magnetizzate per attivare selettivamente circuiti cerebrali specifici. Secondo il gruppo, l'innovazione chiave risiede nell'espressione selettiva di nanomagnetorecettori in particolari tipi di neuroni e circuiti cerebrali e nella loro attivazione tramite campi magnetici rotanti in momenti precisi, consentendo un controllo spazio-temporale dell'attività neurale.

Si ritiene che Nano-MIND abbia dimostrato la sua efficacia attivando selettivamente i recettori GABA inibitori nell'area preottica mediale (MPOA), responsabile dei comportamenti materni. L'attivazione di questi neuroni in topi femmina non madri ha aumentato significativamente i comportamenti di accudimento, come portare i cuccioli al nido, in modo simile a quanto osservato nelle topi madri.

Inoltre, la tecnologia è stata utilizzata per regolare i comportamenti alimentari agendo sui circuiti motivazionali nell'ipotalamo laterale. L'attivazione dei neuroni inibitori in queste aree ha determinato un aumento del 100% dell'appetito e dei comportamenti alimentari nei topi. Al contrario, l'attivazione dei neuroni eccitatori ha portato ad una riduzione di oltre il 50% dell'appetito e dei comportamenti alimentari.

Il gruppo ha affermato che i risultati dimostrano che la tecnologia nano-MIND può attivare selettivamente i circuiti cerebrali desiderati per modulare bidirezionalmente le funzioni cerebrali superiori, aprendo la strada a progressi nelle neuroscienze ed a potenziali applicazioni terapeutiche.

In una dichiarazione, Cheon Jinwoo, direttore del Centro per la Nanomedicina, ha affermato: "Questa è la prima tecnologia al mondo in grado di controllare liberamente specifiche regioni cerebrali utilizzando campi magnetici. Prevediamo che troverà ampio impiego nella ricerca per comprendere le funzioni cerebrali, nelle reti neurali artificiali più sofisticate, nelle tecnologie BCI bidirezionali e nei nuovi trattamenti per i disturbi neurologici."

ENGLISH

High-level brain functions such as cognition and emotion could be better understood following the development of technology that can manipulate specific regions of the brain using magnetic fields.

Key to this breakthrough is the world’s first Nano-MIND (Magnetogenetic Interface for NeuroDynamics) technology. 

Developed by researchers at the Center for Nanomedicine within the Institute for Basic Science (IBS) and Yonsei University in South Korea, Nano-MIND enables wireless and remote control of specific brain regions to modulate complex brain functions such as emotions, social behaviours, and motivation in animals. The team’s results have been detailed in Nature Nanotechnology.

The human brain contains over 100 billion neurons interconnected in a complex network. Controlling the neural circuits is crucial for understanding higher brain functions like cognition, emotion, and social behaviour, as well as identifying the causes of various brain disorders. 

Novel technology to control brain functions also has implications for advancing brain-computer interfaces (BCIs), such as those being developed by Neuralink, which aim to enable control of external devices through thought.

Magnetic fields have long been used in medical imaging due to their safety and ability to penetrate biological tissue, but precisely controlling brain circuits with magnetic fields has been challenging for scientists.

Newly developed Nano-MIND leverages magnetic fields and magnetised nanoparticles to selectively activate targeted brain circuits. According to the team, the key innovation lies in the selective expression of nano-magnetoreceptors in specific neuronal types and brain circuits and activating them with rotating magnetic fields at precise moments, allowing for spatiotemporal control of neural activity.

Nano-MIND is said to have demonstrated its capability by selectively activating inhibitory GABA receptors in the medial preoptic area (MPOA), which is responsible for maternal behaviours. Activation of these neurons in non-maternal female mice significantly increased nurturing behaviours, such as bringing pups to their nest, similar to maternal mice.

Additionally, the technology was used to regulate feeding behaviours by targeting motivation circuits in the lateral hypothalamus. Activation of inhibitory neurons within these areas resulted in a 100 per cent increase in appetite and feeding behaviours in mice. Conversely, activating excitatory neurons led to a more than 50 per cent reduction in appetite and feeding behaviours.

The team said that results show that nano-MIND technology can selectively activate desired brain circuits to bidirectionally modulate higher brain functions, paving the way for advancements in neuroscience and potential therapeutic applications.

In a statement, Cheon Jinwoo, director of the Center for Nanomedicine said: "This is the world's first technology to freely control specific brain regions using magnetic fields. We expect it to be widely used in research to understand brain functions, sophisticated artificial neural networks, two-way BCI technologies, and new treatments for neurological disorders."

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/brain-circuits-selectively-activated-with-nano-mind?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic