Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han desarrollado una fibra óptica del grosor de un cabello humano que integra más de mil sitios emisores de luz distribuidos a lo largo de su longitud, capaces de modular la actividad neuronal en distintas regiones del cerebro desde un único implante.
El trabajo, publicado en Nature Neuroscience, combina ingeniería biomédica y neurociencia para ofrecer una herramienta sin precedentes en el campo de la optogenética, disciplina que emplea luz para activar o inhibir neuronas específicas. Hasta ahora, las técnicas existentes solo podían dirigir la luz hacia pocos puntos fijos, lo que limitaba el estudio de redes neuronales distribuidas.
“Estamos abriendo una ventana panorámica al cerebro”, explicó Song Hu, profesor de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McKelvey. “Con una sola fibra, podemos estimular cientos o miles de neuronas a distintas profundidades y direcciones, algo que antes habría requerido un número inviable de implantes.”
La innovación del sistema PRIME (Panoramically Reconfigurable Illuminative fiber) radica en su estructura: una fibra multicore de 160 micras con rejillas emisoras microfabricadas con láser ultrarrápido. Cada rejilla actúa como un diminuto espejo (1/100 del grosor de un cabello humano) que redirige la luz hacia regiones específicas del tejido cerebral. Al modificar los patrones de entrada lumínica, los investigadores pueden reconfigurar la iluminación a una frecuencia de 60 Hz entre 1,200 puntos de emisión distribuidos a lo largo de 5 milímetros y 360 grados.
En modelos animales, el equipo demostró que estimular diferentes zonas del colículo superior —una región clave para los reflejos visuales y las respuestas defensivas— generaba conductas distintas, como inmovilidad o huida, según el patrón lumínico aplicado.
Además de controlar la actividad neuronal, PRIME se integra con sistemas de registro como Neuropixels, lo que permite registrar señales eléctricas y estimular neuronas de manera simultánea. Ahora, el equipo planea avanzar hacia una versión inalámbrica y bidireccional, que combine optogenética y fotometría para estudiar el cerebro de animales libres de movimiento sin los límites de cables o implantes múltiples.
“Nuestro objetivo final es hacer que PRIME sea un dispositivo portátil y sin cables”, dijo Hu. “Cuanto menos invasivo sea el sistema, más natural será la información que obtengamos sobre el comportamiento.”
Por: Cipactli Vargas
Fuentes:
Washington University | The Source – WashU
Prime time for fiber optics to take a deep dive into brain circuits
Nature Neuroscience
Laser-engineered PRIME fiber for panoramic reconfigurable control of neural activity
