An optical neural interface:<i>in vivo</i>control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology
Notice bibliographique
Résumé
Neural interface technology has made enormous strides in recent years but stimulating electrodes remain incapable of reliably targeting specific cell types (e.g. excitatory or inhibitory neurons) within neural tissue. This obstacle has major scientific and clinical implications. For example, there is intense debate among physicians, neuroengineers and neuroscientists regarding the relevant cell types recruited during deep brain stimulation (DBS); moreover, many debilitating side effects of DBS likely result from lack of cell-type specificity. We describe here a novel optical neural interface technology that will allow neuroengineers to optically address specific cell types in vivo with millisecond temporal precision. Channelrhodopsin-2 (ChR2), an algal light-activated ion channel we developed for use in mammals, can give rise to safe, light-driven stimulation of CNS neurons on a timescale of milliseconds. Because ChR2 is genetically targetable, specific populations of neurons even sparsely embedded within intact circuitry can be stimulated with high temporal precision. Here we report the first in vivo behavioral demonstration of a functional optical neural interface (ONI) in intact animals, involving integrated fiberoptic and optogenetic technology. We developed a solid-state laser diode system that can be pulsed with millisecond precision, outputs 20 mW of power at 473 nm, and is coupled to a lightweight, flexible multimode optical fiber, approximately 200 microm in diameter. To capitalize on the unique advantages of this system, we specifically targeted ChR2 to excitatory cells in vivo with the CaMKIIalpha promoter. Under these conditions, the intensity of light exiting the fiber ( approximately 380 mW mm(-2)) was sufficient to drive excitatory neurons in vivo and control motor cortex function with behavioral output in intact rodents. No exogenous chemical cofactor was needed at any point, a crucial finding for in vivo work in large mammals. Achieving modulation of behavior with optical control of neuronal subtypes may give rise to fundamental network-level insights complementary to what electrode methodologies have taught us, and the emerging optogenetic toolkit may find application across a broad range of neuroscience, neuroengineering and clinical questions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».