Resumen: Los investigadores crean un implante neuronal transparente basado en grafeno que ofrece datos de alta resolución sobre la actividad cerebral desde la superficie. El denso conjunto de diminutos electrodos de grafeno del implante permite el registro simultáneo de la actividad eléctrica y del calcio en las capas profundas del cerebro.
Esta innovación supera las limitaciones anteriores de los implantes y ofrece perspectivas para estudios neurocientíficos. El diseño transparente permite obtener imágenes ópticas junto con la grabación eléctrica, revolucionando la investigación en neurociencia.
Reflejos:
UC San Diego está desarrollando un implante neuronal transparente basado en grafeno con electrodos de alta densidad.
El implante registra la actividad eléctrica y cálcica, superando limitaciones previas del implante.
Los investigadores pretenden aumentar la producción y facilitar la adopción generalizada de los estudios de neurociencia.
Fuente: UCSD
Investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un implante neuronal que proporciona información sobre la actividad profunda del cerebro mientras se está sentado en su superficie.
El implante está hecho de una tira de polímero delgada, transparente y flexible que contiene una densa variedad de electrodos de grafeno.
La tecnología, probada en ratones transgénicos, acerca a los investigadores a la creación de una interfaz cerebro-computadora (BCI) mínimamente invasiva que proporciona datos de alta resolución sobre la actividad neuronal profunda utilizando grabaciones de la superficie del cerebro.
Este trabajo supera las limitaciones de las tecnologías actuales de implantes neuronales. Crédito: Noticias de neurociencia.
El trabajo fue publicado el 11 de enero en Nanotecnología de la naturaleza.
«Estamos ampliando el rango espacial de registros neuronales con esta tecnología», dijo el autor principal del estudio, Duygu Kuzum, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
«Aunque nuestro implante reside en la superficie del cerebro, su diseño va más allá de los límites de la detección física, ya que puede inferir la actividad neuronal desde capas más profundas».
Este trabajo supera las limitaciones de las tecnologías actuales de implantes neuronales. Las redes de superficie existentes, por ejemplo, son mínimamente invasivas, pero carecen de la capacidad de capturar información más allá de las capas externas del cerebro.
Por el contrario, los conjuntos de electrodos con agujas finas que penetran en el cerebro son capaces de sondear capas más profundas, pero a menudo provocan inflamación y cicatrices, lo que compromete la calidad de la señal con el tiempo.
El nuevo implante neuronal desarrollado en UC San Diego ofrece lo mejor de ambos mundos.
El implante es una tira de polímero delgada, transparente y flexible que se adapta a la superficie del cerebro. La tira está incrustada con una matriz de alta densidad de pequeños electrodos circulares de grafeno, cada uno de los cuales mide 20 micrómetros de diámetro. Cada electrodo está conectado mediante un hilo de grafeno de unos pocos micrómetros de espesor a un circuito impreso.
Cuando se probó en ratones transgénicos, el implante permitió a los investigadores capturar simultáneamente información de alta resolución sobre dos tipos de actividad neuronal: la actividad eléctrica y la actividad del calcio. Cuando se coloca en la superficie del cerebro, el implante registra señales eléctricas de las neuronas en las capas externas.
Al mismo tiempo, los investigadores utilizaron un microscopio de dos fotones para hacer brillar una luz láser a través del implante y obtener imágenes de los picos de calcio de las neuronas hasta 250 micrómetros por debajo de la superficie. Los investigadores descubrieron una correlación entre las señales eléctricas de la superficie y los picos de calcio en capas más profundas.
Esta correlación permitió a los investigadores utilizar señales eléctricas de superficie para entrenar redes neuronales para predecir la actividad del calcio, no sólo para grandes poblaciones de neuronas, sino también para neuronas individuales, a diferentes profundidades.
«El modelo de red neuronal está entrenado para aprender la relación entre los registros eléctricos de la superficie y la actividad de los iones de calcio de las neuronas profundas», dijo Kuzum. «Una vez que conozcamos esta relación, podremos utilizar el modelo para predecir la actividad en profundidad desde la superficie».
Una ventaja de poder predecir la actividad del calcio a partir de señales eléctricas es que supera las limitaciones de los experimentos de imágenes. Al obtener imágenes de picos de calcio, la cabeza del sujeto debe fijarse bajo el microscopio. Además, estas experiencias sólo pueden durar una o dos horas seguidas.
«Como las grabaciones eléctricas no tienen estas limitaciones, nuestra tecnología permite experimentos de mayor duración en los que el sujeto es libre de moverse y realizar tareas conductuales complejas», dijo Mehrdad Ramezani, coprimer autor del estudio, especialista en electricidad e informática. ingeniería. estudiante en el laboratorio de Kuzum. «Esto puede proporcionar una comprensión más completa de la actividad neuronal en escenarios dinámicos del mundo real».
Diseño y fabricación del implante neural.
La tecnología debe su éxito a varias características de diseño innovadoras: transparencia y alta densidad de electrodos combinadas con métodos de aprendizaje automático.
«Esta nueva generación de electrodos de grafeno transparentes integrados de alta densidad nos permite muestrear la actividad neuronal con mayor resolución espacial», dijo Kuzum.
“De este modo la calidad de las señales mejora considerablemente. Lo que hace que esta tecnología sea aún más notable es la integración de métodos de aprendizaje automático, que pueden predecir la actividad neuronal profunda a partir de señales superficiales.
Este estudio fue un esfuerzo de colaboración entre varios grupos de investigación de UC San Diego. El equipo, dirigido por Kuzum, uno de los líderes mundiales en el desarrollo de interfaces neuronales multimodales, incluye al profesor de nanoingeniería Ertugrul Cubukcu, que se especializa en técnicas avanzadas de micro y nanofabricación para materiales basados en grafeno; el profesor de ingeniería eléctrica e informática Vikash Gilja, cuyo laboratorio integra conocimientos de dominios específicos de los campos de la neurociencia fundamental, el procesamiento de señales y el aprendizaje automático para decodificar señales neuronales; y el profesor de neurobiología y neurociencia Takaki Komiyama, cuyo laboratorio se centra en estudiar los mecanismos de los circuitos neuronales que subyacen a los comportamientos flexibles.
La transparencia es una de las características clave de este implante neuronal. Los implantes tradicionales utilizan materiales metálicos opacos para sus electrodos y cables, que bloquean la visión de las neuronas debajo de los electrodos durante los experimentos de imágenes. Por el contrario, un implante hecho de grafeno es transparente, lo que proporciona un campo de visión completamente libre bajo el microscopio durante los experimentos de imágenes.
«La integración perfecta del registro de señales eléctricas y de imágenes ópticas de la actividad neuronal al mismo tiempo sólo es posible con esta tecnología», afirmó Kuzum.
«Poder realizar ambos experimentos al mismo tiempo nos proporciona datos más relevantes, porque podemos ver cómo los experimentos de imágenes se acoplan en el tiempo a los registros eléctricos».
Para que el implante fuera completamente transparente, los investigadores utilizaron cables de grafeno muy finos y largos en lugar de los tradicionales cables metálicos para conectar los electrodos a la placa de circuito. Sin embargo, hacer una sola capa de grafeno en forma de un cable largo y delgado es un desafío porque cualquier defecto hará que el cable no funcione, explicó Ramezani.
«Puede haber un espacio en el cable de grafeno que impide que la señal eléctrica fluya, por lo que terminas con un cable roto».
Los investigadores resolvieron este problema utilizando una técnica inteligente. En lugar de hacer los cables como una sola capa de grafeno, los hicieron como una doble capa dopada con ácido nítrico en el medio.
«Al superponer dos capas de grafeno, existe una alta probabilidad de que los defectos en una capa queden enmascarados por la otra capa, asegurando la creación de cables de grafeno largos, delgados y completamente funcionales con una conductividad mejorada», dijo Ramezani.
Según los investigadores, este estudio demuestra el conjunto más densamente empaquetado de electrodos transparentes en un implante neural montado en superficie hasta la fecha. Para lograr una alta densidad, fue necesario fabricar electrodos de grafeno extremadamente pequeños.
Esto representó un desafío considerable, porque al disminuir el tamaño de los electrodos de grafeno aumenta su impedancia, lo que impide el flujo de corriente eléctrica necesaria para registrar la actividad neuronal.
Para superar este obstáculo, los investigadores utilizaron una técnica de microfabricación desarrollada por el laboratorio de Kuzum que consiste en depositar nanopartículas de platino sobre electrodos de grafeno. Este enfoque mejoró significativamente el flujo de electrones a través de los electrodos, manteniéndolos pequeños y transparentes.
Próximas etapas
Luego, el equipo se centrará en probar la tecnología en diferentes modelos animales, con el objetivo final de su traducción humana en el futuro.
El grupo de investigación de Kuzum también se dedica a utilizar la tecnología para avanzar en la investigación de neurociencia básica. Con esto en mente, comparten tecnología con laboratorios de Estados Unidos y Europa, contribuyendo a una variedad de estudios que van desde comprender cómo se acopla la actividad vascular a la actividad eléctrica en el cerebro hasta estudiar cómo las células colocadas en el cerebro son tan efectivas para crear memoria espacial. .
Para que esta tecnología esté más disponible, el equipo de Kuzum solicitó una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para financiar esfuerzos para aumentar la producción y facilitar su adopción por parte de investigadores de todo el mundo.
«Esta tecnología se puede utilizar para muchas investigaciones de neurociencia básica y esperamos hacer nuestra parte para acelerar el progreso hacia una mejor comprensión del cerebro humano», dijo Kuzum.
Fondos: This research was supported by the Office of Naval Research (N000142012405, N000142312163, and N000141912545), the National Science Foundation (ECCS-2024776, ECCS-1752241, and ECCS-1734940), and the National Institutes of Health (R21 EY029466, R21 EB026180 , DP 2EB030992, R01 NS091010A, R01 EY025349, R01 DC014690, R21 NS109722 AND P30 EY022589), Pew Charitable Trusts y David and Lucile Packard Foundation. Este trabajo se realizó en parte en la Infraestructura de Nanotecnología de San Diego (SDNI) en UC San Diego, miembro de la Infraestructura Cooperativa Nacional de Nanotecnología, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (subvención ECCS-1542148).
Sobre esta noticia de investigación en neurotecnología
Autor: Liezel Labios Fuente: UCSD Contactar: Liezel Labios – UCSD Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.
Investigacion original: Los resultados se presentarán en Nanotecnología de la naturaleza
Los científicos llevan mucho tiempo buscando “gooballs”, que son estados ligados del mundo subatómico. gluón partículas solas, sin ningún quarks implícito. Ahora puede que acabemos de encontrarlos, escondidos en un experimento con un acelerador de partículas.
Esto promete ser un avance extremadamente significativo en física, pero para beneficio de todos los que no tienen un doctorado en este campo, comenzaremos por el principio. La función principal de los gluones es mantener los quarks en su lugar y mantener estables los átomos; los quarks son los componentes básicos de los protones y neutrones.
Este papel hace que el gluón forme parte de la fuerza nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que mantienen unidas las leyes de la física, junto con la gravedad, el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil.
El colisionador electrón-positrón Beijing II. (Academia china de ciencias)
Espero que sigas con nosotros hasta ahora. Hasta ahora, las bolas de pegamento han sido sólo proposiciones teóricas que los físicos creen que deberían existir (porque los gluones deberían poder adherirse entre sí) y no algo que realmente se haya observado.
Los gluones individuales no contienen materia, simplemente transportan fuerza, pero las bolas de pegamento tienen una masa creada por las interacciones de los gluones. Si podemos detectarlos, será otra indicación de que nuestra comprensión actual de cómo funciona el Universo, también conocida como Modelo estándar de física de partículasDe hecho tiene razón.
Y así las experiencias en Colisionador de electrones y positrones II de Beijing en China. El colisionador se utilizó para aplastar mesones, que son partículas formadas por un quark y un antiquark unidas por la poderosa fuerza nuclear.
Al examinar los desechos subatómicos de estas sesiones de trituración de partículas (y estamos hablando de una década de datos que involucran unos 10 mil millones de muestras), los investigadores pudieron ver evidencia de partículas con una masa promedio de 2.395 MeV/c.2. Esta es la masa que deben tener las bolas de pegamento.
La partícula en cuestión se llama X(2370), y aunque algunos de los otros cálculos involucrados no son exactamente lo que buscaban los investigadores, no están muy lejos. Se necesitarán más mediciones y observaciones para obtener una respuesta definitiva.
Así que esto todavía no es prueba de la existencia de bolas gooball, pero la evidencia está empezando a acumularse. En 2015, los científicos también creyeron haber visto bolas gooball. En poco tiempo, otra partícula podría pasar de lo teórico a lo real.
Gran parte de esta investigación científica es posible gracias a los continuos avances en técnicas matemáticas y capacidades informáticas, necesarias para calcular la gran cantidad de posibles interacciones y desarrollos únicos que podrían surgir de una bola de sustancia viscosa.
Además, por supuesto, ahora tenemos el equipo y los instrumentos para observar el funcionamiento más fundamental del mundo natural y producir los miles de millones de estados de partículas necesarios para detectar algo tan raro y exótico como una bola de pegamento.
Una tormenta solar inusualmente fuerte que golpee la Tierra podría producir auroras boreales en todo Estados Unidos y potencialmente interrumpir el suministro eléctrico y las comunicaciones este fin de semana.
NUEVA YORK – Es posible que Nueva York pierda la oportunidad de ver la aurora boreal (no gracias a un pronóstico nublado), pero la tormenta solar inusualmente grande que golpea la Tierra podría producir otro espectáculo visual para los neoyorquinos.
¡Es hora de desempolvar esos eclipses! Mientras el sol brilla en este día de primavera relativamente despejado, las llamaradas de manchas solares pueden ser visibles cuando el sol arroja plasma hacia nosotros.
El Observatorio de Dinámica Solar de la NASA capturó estas imágenes de las erupciones solares, como lo muestran los destellos brillantes en la imagen de la izquierda (erupción del 8 de mayo) y en la imagen de la derecha (erupción del 7 de mayo). La imagen muestra un subconjunto de luz ultravioleta extrema que resalta la e
“Algunos fenómenos solares se manifiestan con espectaculares espectáculos de luces, mientras que otros son menos visibles, lo que recompensa a los observadores cuidadosos que están en el lugar correcto en el momento correcto”, según NASA.
De hecho, las manchas solares o “pecas” pueden ser visibles en días despejados. Si son lo suficientemente grandes, parecen pequeños puntos en la cara del sol.
Una vista de una actividad inusual del Sol ha creado una mancha solar, responsable de una geotormenta G4 en la Tierra. La última vez que ocurrió esta magnitud fue hace 20 años en Jerusalén, el 11 de mayo de 2024. (Foto de Mostafa Alkharouf/Anadolu vía Getty Images)
Recuerda: ¡nunca mires directamente al sol sin protección!
Una mujer observa el eclipse solar total con gafas para eclipses solares en Times Square en Nueva York, Estados Unidos, 21 de agosto de 2017. (Foto de Volkan Furuncu/Agencia Anadolu/Getty Images)
¿Qué es una tormenta solar? ¿Por qué esto se considera “extremo”?
La aurora boreal vista sobre Frederick Sound en Alaska. (Wolfgang Kaehler/LightRocket vía Getty Images)
Una tormenta solar inusualmente fuerte que azotó la Tierra produjo impresionantes exhibiciones de color en el cielo del hemisferio norte la madrugada del sábado, sin informes inmediatos de interrupciones en el suministro eléctrico y en las comunicaciones.
La Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos emitió una rara advertencia de tormenta geomagnética severa cuando una explosión solar llegó a la Tierra el viernes por la tarde, horas antes de lo esperado. Se esperaba que los efectos de la aurora boreal, que eran claramente visibles en Gran Bretaña, duraran todo el fin de semana y posiblemente hasta la próxima semana.
La aurora boreal (Aurora Boreal) ilumina el cielo sobre la Bahía Norte de San Francisco, vista desde China Camp Beach en San Rafael, California, Estados Unidos, 11 de mayo de 2024. (Foto de Tayfun Coskun/Anadolu vía Getty Images)
Hubo avistamientos «en todo el país», dijo Chris Snell, meteorólogo de la Met Office, la agencia meteorológica británica. Añadió que la oficina estaba recibiendo fotografías e información de otros lugares europeos, incluidos Praga y Barcelona.
La NOAA alertó a los operadores de plantas de energía y naves espaciales en órbita, así como a la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias, para que tomaran precauciones.
Una ilustración del campo magnético de la Tierra que protege nuestro planeta de las partículas solares (NASA/GSFC/SVS/NASA)
Las llamaradas parecen estar asociadas con una mancha solar que tiene 16 veces el diámetro de la Tierra, dijo la NOAA. Todo es parte de la actividad solar que se intensifica a medida que el sol se acerca al pico de su ciclo de 11 años.
– Marcia Dunn, editora aeroespacial de Associated Press
Puede parecer que nuestra Luna brilla pacíficamente en el cielo nocturno, pero hace miles de millones de años, la agitación volcánica le dio un rostro.
Una pregunta que ha permanecido sin respuesta durante décadas es por qué hay más rocas volcánicas ricas en titanio, como la ilmenita, en el lado cercano que en el otro. Ahora, un equipo de investigadores del Laboratorio Planetario y Lunar de Arizona ofrece una posible explicación para esto.
La superficie lunar estuvo una vez inundada por un océano de magma en ebullición, y después de que el océano de magma se endureció, hubo un gran impacto en el lado opuesto. El calor de este impacto se extendió hacia el lado más cercano e hizo que la corteza se volviera inestable, provocando que capas de minerales más pesados y densos en la superficie se hundieran gradualmente en el manto. Estos volvieron a derretirse y fueron expulsados por los volcanes. La lava de estas erupciones (la mayoría de las cuales ocurrieron en el lado más cercano) terminó en lo que ahora son flujos de rocas volcánicas ricas en titanio. En otras palabras, la antigua cara de la Luna ha desaparecido y resurgido.
lo que hay debajo
La región de la Luna en cuestión se conoce como Procellarum KREEP Terrane (PKT). KREEP significa concentraciones elevadas de potasio (K), elementos de tierras raras (REE) y fósforo (P). Aquí también se encuentran basaltos ricos en ilmenita. Se cree que KREEP y los basaltos se formaron por primera vez cuando la Luna se enfrió después de su fase oceánica magmática. Pero la región siguió siendo caliente porque KREEP también contiene altos niveles de uranio y torio radiactivos.
«La región PKT… representa la región volcánicamente más activa de la Luna, un resultado natural de la gran abundancia de elementos productores de calor», dijeron los investigadores en un comunicado. estudiar publicado recientemente en Nature Geoscience.
¿Por qué esta región está ubicada en el lado cercano, mientras que el lado opuesto carece de KREEP y basaltos ricos en ilmenita? Una hipótesis existente llamó la atención de los investigadores: sugería que después de que el océano de magma se endureciera en el lado cercano, las capas de estos minerales KREEP eran demasiado pesadas para permanecer en la superficie. Comenzaron a adentrarse más profundamente en el manto y hasta el límite entre el manto y el núcleo. Al hundirse, se pensaba que estas láminas minerales habían dejado rastros de material por todo el manto.
Si la hipótesis fuera correcta, esto significaría que debajo de la superficie lunar deberían existir trazas de minerales de la corteza magmática endurecida de KREEP en forma de láminas, que podrían llegar hasta el borde de la capa límite del núcleo.
¿Cómo se podría probar esto? Los datos gravitacionales de la misión del Laboratorio Interior y de Recuperación de Gravedad (GRAIL) a la Luna pueden haber tenido la respuesta. Esto les permitiría detectar anomalías gravitacionales causadas por la mayor densidad de la roca KREEP en comparación con los materiales circundantes.
Volviendo a la superficie
Los datos de GRAIL revelaron previamente la existencia de un patrón de anomalías de gravedad subsuperficial en la región PKT. Esto parecía similar al patrón que se habrían formado las capas de roca volcánica cuando se hundieron, por lo que el equipo de investigación decidió ejecutar una simulación por computadora del hundimiento de KREEP para ver qué tan bien coincidía la hipótesis con los hallazgos de GRAIL.
Efectivamente, la simulación terminó formando aproximadamente el mismo patrón que las anomalías encontradas por GRAIL. El patrón poligonal observado tanto en las simulaciones como en los datos de GRAIL probablemente significa que rastros de capas de KREEP más pesadas y basalto rico en ilmenita quedaron debajo de la superficie cuando estas capas se hundieron debido a su densidad, y GRAIL detectó sus residuos debido a su mayor gravedad. . para tirar. GRAIL también sugirió que había muchas anomalías más pequeñas en la región PKT, lo cual tiene sentido dado que gran parte de la corteza está formada por rocas volcánicas que habrían fluido y dejado residuos antes de derretirse y reconstruir la superficie durante las erupciones.
Ahora también tenemos una idea de cuándo ocurrió este fenómeno. Debido a que hay cuencas de impacto que datan de hace aproximadamente 4,22 mil millones de años (que no deben confundirse con el impacto anterior en el lado opuesto), pero se cree que el océano se endureció magmáticamente antes de esa fecha, los investigadores creen que la corteza también comenzó a fluir antes de esa fecha. este tiempo.
«Las anomalías en los límites del PKT proporcionan la evidencia física más directa de la naturaleza del océano post-magma… el derrocamiento del manto y el hundimiento de la ilmenita en el interior profundo», dijo el equipo en el mismo comunicado. estudiar.
Esto es sólo más información sobre cómo evolucionó la Luna y por qué es tan desigual. El lado cercano alguna vez estuvo lleno de lava que ahora es roca volcánica, gran parte de la cual existe en flujos llamados mare (que se traduce como «mar» en latín). La mayor parte de esta roca volcánica, especialmente en la región PKT, contiene elementos de tierras raras.
Sólo podemos confirmar que en realidad hay rastros de una corteza antigua dentro de la Luna al recolectar material lunar real muy por debajo de la superficie. Cuando los astronautas de Artemis finalmente podrán recolectar muestras de material volcánico en la Luna en el sitio¿Quién sabe qué saldrá a la superficie?
