জেনেটিকালি এনকোড করা অপটোজেনেটিক ইফেক্টর, ইনহিবিটর এবং ফ্লুরোসেন্ট ইন্ডিকেটর হল নিউরোসায়েন্সের গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার। অপটোজেনেটিক কৌশল আলো ব্যবহার করে নিউরাল সার্কিটের সুনির্দিষ্ট ম্যানিপুলেশন সক্ষম করে। যাইহোক, হালকা টেনশন স্থানিক আকৃতির আলো সরবরাহ করতে চ্যালেঞ্জ তৈরি করে যা গভীর মস্তিষ্কের অঞ্চলে উদ্দীপনার পরিধি নিয়ন্ত্রণ করে।
এমইএমএস কনসাল্টিংয়ের মতে, সম্প্রতি, জার্মানির ম্যাক্স প্ল্যাঙ্ক ইনস্টিটিউট অফ মাইক্রোস্ট্রাকচার ফিজিক্সের গবেষকরা একটি ফাউন্ড্রি দ্বারা গড়া ইন্টিগ্রেটেড মাইক্রোইলেক্ট্রোড এবং ন্যানোফোটোনিক সার্কিট সহ একটি ইমপ্লান্টযোগ্য সিলিকন নিউরাল প্রোবের মাধ্যমে এই চ্যালেঞ্জটি অতিক্রম করেছেন। এই প্রোবটি সেলুলার স্পাইক থেকে পূর্ণ-নেটওয়ার্ক প্রতিক্রিয়া পর্যন্ত স্নায়ু ক্রিয়াকলাপগুলিকে উদ্দীপিত করার জন্য পর্যাপ্ত উচ্চ শক্তি সহ ডিজাইন করা বিম প্যাটার্ন নির্গত করতে পারে। ভিভো পরীক্ষায় প্রোবের মূল্যায়ন করা হয়েছে যেগুলি কম-ডিভারজেন্স বিম বা প্ল্যানার লাইট শীট নির্গত করে, উভয়ই বেছে বেছে বিভিন্ন গভীরতায় নিউরনকে উদ্দীপিত করতে পারে। তারা প্ররোচিত স্পাইক প্রতিক্রিয়াগুলির একটি তুলনা দেখায় যে, কম-ডাইভারজেন্স প্রোবের সাথে তুলনা করে, হালকা শীট প্রোব কম আলোর তীব্রতায় ফায়ারিং হারের ক্লান্তি একটি উচ্চতর ডিগ্রী আনতে পারে। হালকা শীট প্রোব মৃগী রোগের মাউস মডেলের হিপ্পোক্যাম্পাসে খিঁচুনি ঘটাতে পারে যখন তাপমাত্রা 1 ডিগ্রির মধ্যে বৃদ্ধি পায়। তরঙ্গদৈর্ঘ্য মাল্টিপ্লেক্সার এবং ফটোডিটেক্টরের মতো অতিরিক্ত ডিভাইসগুলিকে একীভূত করা, মাল্টি-মডেল ব্রেন অ্যাক্টিভিটি ম্যাপিংয়ের জন্য একটি মাল্টি-কার্যকরী ইমপ্লান্ট সক্ষম করতে পারে৷ সংশ্লিষ্ট গবেষণার ফলাফল জার্নালে প্রকাশিত হয়েছেএনপিজে বায়োসেন্সিং"ইমপ্লান্টেবল ন্যানোফোটোনিক নিউরাল প্রোবস ফর ইন্টিগ্রেটেড প্যাটার্নযুক্ত ফটোস্টিমুলেশন এবং ইলেক্ট্রোফিজিওলজিকাল রেকর্ডিং" শিরোনামের অধীনে।
এই কাগজে প্রস্তাবিত ন্যানোফোটোনিক নিউরাল প্রোব সিস্টেমটি নীচের চিত্রে দেখানো হয়েছে। প্রোবটি প্যাসিভ এবং টিস্যু গরম করার ঝুঁকি কমাতে একটি অফ-চিপ লেজার সোর্স এবং রেকর্ডিং ইলেকট্রনিক্স ব্যবহার করে। প্রতিটি প্রোব একটি বহিরাগত লেজার স্ক্যানিং সিস্টেম এবং একযোগে অপটিক্যাল উদ্দীপনা এবং ইলেক্ট্রোফিজিওলজিকাল রেকর্ডিংয়ের জন্য একটি ইলেক্ট্রোফিজিওলজিকাল ডেটা অধিগ্রহণ সার্কিট বোর্ডের সাথে সংযুক্ত থাকে। অ্যাডভান্সড মাইক্রো ফাউন্ড্রিতে গভীর আল্ট্রাভায়োলেট (DUV) লিথোগ্রাফি ব্যবহার করে 200-মিমি-ব্যাসের সিলিকন ওয়েফারগুলিতে ন্যানোফোটোনিক নিউরাল প্রোবগুলি তৈরি করা হয়েছিল।
ন্যানোফোটোনিক নিউরাল প্রোব সিস্টেমের ধারণাগত চিত্র
এই প্রোবটিতে অপটিক্যাল ওয়েভগাইডের জন্য সিলিকন নাইট্রাইড (SiN) এর একটি একক স্তর এবং অ্যালুমিনিয়াম (Al) ধাতব তারের স্তরগুলির তিনটি স্তর রয়েছে। টাইটানিয়াম নাইট্রাইড (TiN) জৈব সামঞ্জস্যপূর্ণ পৃষ্ঠ মাইক্রোইলেকট্রোড গঠন করতে ব্যবহৃত হয়। ফাউন্ড্রির ওয়েফার ব্যাক গ্রাইন্ডিং প্রক্রিয়ার মাধ্যমে এবং পরবর্তীতে -প্রসেসিং পলিশিং প্রক্রিয়াকরণের মাধ্যমে, প্রোবের বেধকে 40 - 60 µm এ কমিয়ে আনা যায়।
মাইক্রোইলেক্ট্রোডের সাথে সমন্বিত নিউরাল প্রোবের ওভারভিউ
মরীচি নির্গমন প্যাটার্ন কাস্টমাইজ করার ক্ষমতা প্রদর্শনের জন্য, গবেষকরা দুটি ভিন্ন গ্রেটিং সহ প্রোব ডিজাইন করেছেন। প্রথম ধরণের প্রোব, যাকে "লো ডাইভারজেন্স (এলডি) প্রোব" বলা হয়, একটি একক শ্যাঙ্ক থেকে কম ডাইভারজেন্স বিম নির্গত করে। একটি লো ডাইভারজেন্স প্রোবের 16টি ইউনিফর্ম গ্রেটিং এবং 18টি ইলেক্ট্রোড রয়েছে। দ্বিতীয় ধরণের প্রোব, যাকে "লাইট শীট (LS) প্রোব" বলা হয়, একটি নির্দিষ্ট গভীরতায় সম্পূর্ণ-নেটওয়ার্ক পরিসরের অপটিক্যাল স্টিমুলেশনের জন্য একটি হালকা শীট নির্গত করতে পারে। একটি হালকা শীট প্রোবের 4টি প্রোব শ্যাঙ্ক রয়েছে যা 4 মিমি লম্বা এবং 5টি হালকা শীট ইমিটার। আলোর শীটটি 4টি প্রোব শ্যাঙ্কে 8টি গ্রেটিং ইমিটার অ্যারের ওভারল্যাপিং নির্গমন দ্বারা গঠিত হয়।
প্রোবের বৈশিষ্ট্য
ভিভো পরীক্ষায়, লো-ডাইভারজেন্স প্রোব এবং লাইট-শীট প্রোব উভয়ই কর্টেক্সের বিভিন্ন গভীরতায় নিউরনকে বেছে বেছে উদ্দীপিত করতে পারে। আলোর প্ল্যানার বিম নির্গমন-শীট প্রোবের একটি বিস্তৃত রশ্মি কভারেজ প্রদান করে, চারটি প্রোব শ্যাঙ্কের চারপাশে নিউরনকে উদ্দীপিত করে। উপরন্তু, কম-ডাইভারজেন্স প্রোবের সাথে তুলনা করে, লাইট-শীট প্রোব কম আউটপুট তীব্রতায় একটি শক্তিশালী ইলেক্ট্রোফিজিওলজিকাল প্রতিক্রিয়া প্ররোচিত করে, যেমন একটি শক্তিশালী ফায়ারিং রেট ক্লান্তি দ্বারা প্রমাণিত হয়। অধিকন্তু, এটি প্রত্যাশিত তাপমাত্রা বৃদ্ধির নিচে রেখে মৃগী মাউস মডেলের হিপ্পোক্যাম্পাসে খিঁচুনি ঘটাতে পারে।<1 °C.
স্থির ইঁদুরের মধ্যে হালকা-শীট প্রোব ব্যবহার করে স্থানিকভাবে নির্বাচনী অপটোজেনেটিক স্টিমুলেশনের প্রদর্শন{1}}
এপিলেপ্টিক মাউস মডেলে, আলো-শীট প্রোব অপটোজেনেটিক্সের মাধ্যমে হিপ্পোক্যাম্পাসের CA1 অঞ্চলে খিঁচুনিকে প্ররোচিত করে।
যতদূর গবেষকরা জানেন, এই কাজটি একটি ন্যানোফোটোনিক নিউরাল প্রোবের প্রথম প্রদর্শন। এটি উচ্চ আউটপুট শক্তি এবং একটি নমনীয় ইমিটার ডিজাইনের সম্মিলিত সুবিধার মাধ্যমে রশ্মি নির্গমন প্যাটার্নকে কাস্টমাইজ করে, অপ্টোজেনেটিক উদ্দীপনার জন্য একটি সম্পূর্ণ-নেটওয়ার্ক প্রতিক্রিয়া সক্ষম করে। এই কাগজে প্রস্তাবিত হালকা শীট প্রোবটি সম্পূর্ণ-নেটওয়ার্ক কার্যকলাপ, বিশেষ করে মৃগী গবেষণায় খিঁচুনির গতিবিদ্যা অধ্যয়নের জন্য বহুমুখী নিউরাল প্রোবের বিকাশের জন্য একটি মৌলিক বিল্ডিং ব্লক হিসাবে কাজ করতে পারে।
সংক্ষেপে, গবেষকরা একটি ফাউন্ড্রি প্রদর্শন করেছেন-প্রদত্ত ফোটোনিক ইন্টিগ্রেটেড সার্কিট (PIC) প্লাটফর্ম যা ইমপ্লান্টেবল নিউরাল প্রোবগুলি একই সাথে ইলেক্ট্রোফিজিওলজিকাল রেকর্ডিং এবং প্যাটার্নযুক্ত আলোর উদ্দীপনা সম্পাদন করতে সক্ষম। এই প্রোবের স্বতন্ত্রতা বিভিন্ন টিস্যু ভলিউমকে উদ্দীপিত করার জন্য হালকা নির্গমন প্যাটার্ন কাস্টমাইজ করতে সমন্বিত ন্যানোফোটোনিক্স প্রযুক্তির ব্যবহারে নিহিত। সেলুলার স্পাইক কার্যকলাপকে প্ররোচিত করার জন্য কম-ডাইভারজেন্স লাইট বিম নির্গত করার পাশাপাশি, সমন্বিত আলোর শীট ইমিটার, যা প্ল্যানার আলোকসজ্জা তৈরি করতে প্রোব শ্যাঙ্ক বরাবর আলোক নির্গমন বিতরণ করে, সিলিকন ফোটোনিক নিউরাল প্রোবের প্রয়োগকে সম্পূর্ণ-নেটওয়ার্ক ডিরোগেশনে প্রসারিত করতে পারে। ভবিষ্যতে, উচ্চ শক্তি নির্গমনকে সমর্থন করার জন্য এবং ব্যাপক আলোক বিতরণ অর্জনের জন্য এই প্রোবের আরও উন্নয়ন ইঁদুর বা বৃহত্তর মস্তিষ্কের প্রাণীদের বৃহত্তর মস্তিষ্কের অঞ্চলগুলিকে উদ্দীপিত করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। ফাউন্ড্রি উৎপাদনের মাধ্যমে, গবেষকরা আশা করেন যে মাল্টিমোডাল নিউরাল স্টিমুলেশন এবং রেকর্ডিংয়ের জন্য একটি নতুন প্রজন্মের বহুমুখী নিউরাল ইমপ্লান্ট স্নায়ুবিজ্ঞান সম্প্রদায়ের কাছে এই প্রযুক্তির ব্যাপক বিস্তারের জন্য ব্যাপকভাবে-উত্পাদিত হতে পারে।
কাগজ লিঙ্ক:
https://www.nature.com/articles/s44328-025-00024-3