Descripción del proyecto
Interfaz cerebro-máquina sonogenética para trastornos neurológicos
Las interfaces cerebro-máquina suelen utilizar matrices de múltiples electrodos, pero estos sistemas tienen limitaciones. Hace poco, la expresión de proteínas mecanosensibles en las neuronas ha permitido activarlas con ultrasonidos a altas frecuencias, una técnica denominada «sonogenética». En un estudio reciente se logró activar neuronas corticales «in vivo» en roedores mediante ultrasonidos de baja intensidad con alta resolución espaciotemporal. En el proyecto NeuroSonoGene, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, se pretende desarrollar una estrategia de sonogenética para activar e inhibir redes neuronales en el cerebro mediante el empleo de ultrasonidos. El equipo del proyecto optimizará los actuadores monogenéticos, diseñará tecnologías para la estimulación por ultrasonidos con patrones y demostrará la eficacia del enfoque en el control de la corteza visual de primates. El objetivo final es crear una interfaz cerebro-máquina destinada al estudio del funcionamiento de los circuitos neuronales, así como para aplicaciones en neurología como la restauración visual.
Objetivo
Brain-machine interfaces are classically based on multi-electrode arrays. Optogenetics has revolutionized this ability to control neuronal activity through ectopic opsin expression but its application to large brains remains limited because of tissue light absorption and scattering. Ultrasound waves have been proposed for remote neuromodulation, but this approach has remained restricted to low-frequency excitation, to prevent brain tissue overheating, at the expense of spatial resolution. The expression of mechanosensitive proteins in neurons has recently made it possible to achieve the ultrasound (US) activation of neurons at high US frequencies, an approach named sonogenetic.
Using the MscL mechanosensitive ionic channel, we recently provided a first proof of concept in rodents that cortical neurons can be activated in vivo by ultrasounds at a high spatiotemporal resolution and low intensity. Here, we propose to develop an integrated sonogenetic strategy for distant activation/inhibition of neuronal networks by ultrasound waves in large primate brains. The project includes: 1) optimizing and diversifying the sonogenetics actuators for safe neuronal control 2) designing technologies for patterned ultrasound stimulations, 3) demonstrating efficacy and high spatiotemporal resolution of the sonogenetic approach in controlling the primate visual cortex. This project is based on a unique synergistic combination of expertise, with a synthetic biologist in ion channel engineering, a neurobiologist with expertise in vision, and a physicist with expertise in ultrasound technologies. These 3 PIs will be supported by an expert in AAV vector mediated delivery. The project outcomes will be a novel brain-machine interface for investigating neural circuit function even deep within large brains through contactless sonogenetics. This sonogenetic technology will open new avenues for treating neurological dysfunction such as restoring vision in blind patients.
Ámbito científico (EuroSciVoc)
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
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Palabras clave
Programa(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-ERC-SYG - HORIZON ERC Synergy GrantsInstitución de acogida
75654 Paris
Francia