Neuro-flakes: Direct Voltage Imaging of Neural Activity with Atomically-thin Optoelectronic Materials

神经薄片:利用原子薄光电材料对神经活动进行直接电压成像

基本信息

  • 批准号:
    10401044
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 21.94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-04-01 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Neuro-flakes: Direct Voltage Imaging of Neural Activity with Atomically-thin Optoelectronic Materials Recording electrical activity of neural populations with high resolution is essential to investigate neural circuits and cognitive functions. Although electrophysiology remains to be a widespread tool in neuroscience, it lacks practical scalability and chronic stability needed to tackle large-scale information processing in the brain. Penetrating electrodes are highly destructive to the neural tissue when inserted in large numbers across multiple areas and number of channels that can be simultaneously recorded are limited to a few hundreds, even with the most advanced probes. On the other hand, optical technologies such as calcium imaging are capable of recording neural activity from large populations. However, calcium transients are slow and also not a direct representation of output information of neurons. They are a secondary marker of some electrical and nonelectrical changes in neurons leading to significant discrepancies between electrically recorded action potentials and calcium transients. Direct measurement of electric potentials at multiple spatial scales is crucial to investigate information integration, distribution and processing in the brain. Here, we propose a unique and innovative voltage imaging technology, Neuro-flakes, for all-optical large-scale monitoring of electrical activity of neuron populations. Neuro-flakes will combine three key innovations: (i) 3-atom thick MoS2 nanosheets will provide quantum confinement-based excitonic photoluminescence for direct voltage sensing of neural activity across multiple spatial scales, (ii) Planar and injectable Neuro-flakes will serve as a nontoxic, nongenetic, and photostable alternative to genetically encoded voltage indicators (GEVIs) with a potential for human applications in the future, and (iii) MoS2 has a radiative lifetime on the order of several picoseconds, potentially enabling optical detection of neural activity with extraordinary temporal resolution. Neuro-flakes will combine the advantages of electrophysiology with the convenience of optical imaging, without the invasiveness of or the need for electrical wires, to directly probe voltages generated by single neurons and neuronal microcircuits at multiple spatial and temporal scales.
神经薄片:原子薄神经活动的直接电压成像 光电材料 以高分辨率记录神经群体的电活动对于 研究神经回路和认知功能。尽管电生理学仍然是一个 神经科学中广泛使用的工具,但它缺乏解决问题所需的实用可扩展性和长期稳定性 大脑中的大规模信息处理。穿透电极对人体有很强的破坏性 跨多个区域和多个通道大量插入时的神经组织 即使使用最先进的技术,可以同时记录的数量也仅限于数百个 探针。另一方面,钙成像等光学技术能够记录 来自大量人群的神经活动。然而,钙瞬变很慢,也不是直接的 神经元输出信息的表示。它们是某些电气的辅助标记 神经元的非电变化导致电学之间的显着差异 记录动作电位和钙瞬变。直接测量电势 多空间尺度对于研究信息集成、分布和处理至关重要 在大脑中。在这里,我们提出了一种独特且创新的电压成像技术,Neuro-flakes, 用于全光学大规模监测神经元群体的电活动。神经薄片将 结合了三项关键创新:(i) 3 原子厚的 MoS2 纳米片将提供量子 基于约束的激子光致发光用于神经活动的直接电压传感 跨越多个空间尺度,(ii) 平面和可注射的神经薄片将作为一种无毒、 基因编码电压指示器 (GEVI) 的非遗传和光稳定替代品,具有 未来人类应用的潜力,以及(iii)MoS2 的辐射寿命约为 几皮秒,有可能实现神经活动的光学检测 时间分辨率。 Neuro-flakes 将电生理学的优点与 光学成像的便利性,无需侵入或不需要电线, 直接探测单个神经元和神经元微电路在多个空间产生的电压 和时间尺度。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Ertugrul Cubukcu其他文献

Ertugrul Cubukcu的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Ertugrul Cubukcu', 18)}}的其他基金

Neuro-flakes: Direct Voltage Imaging of Neural Activity with Atomically-thin Optoelectronic Materials
神经薄片:利用原子薄光电材料对神经活动进行直接电压成像
  • 批准号:
    10598520
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 21.94万
  • 项目类别:

相似国自然基金

泛素E3连接酶接头蛋白SPOP控制离子通道KCNQ1蛋白稳定性影响心肌细胞复极化的机制研究
  • 批准号:
    81800301
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
磁场对神经元动作电位产生与传导的影响
  • 批准号:
    51507046
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
钙钟和膜钟对窦房结自律性的影响及与房性心律失常相互作用的机制
  • 批准号:
    81271661
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    69.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
心脏再同步化治疗对失同步化心衰左心室电生理重构的影响
  • 批准号:
    81100126
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
L型钙离子通道的不同亚型在生理状态和尼古丁成瘾状态下对于腹侧被盖区多巴胺细胞放电行为的影响及其机制
  • 批准号:
    31000483
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Mechanisms Underpinning Afterload-Induced Atrial Fibrillation
后负荷诱发心房颤动的机制
  • 批准号:
    10679796
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.94万
  • 项目类别:
Advancing visible light optical coherence tomography in glaucoma detection
推进可见光光学相干断层扫描在青光眼检测中的应用
  • 批准号:
    10567788
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.94万
  • 项目类别:
Comparison of direct and indirect magnetic resonance imaging of myelin in Alzheimer's disease
阿尔茨海默病髓磷脂直接和间接磁共振成像的比较
  • 批准号:
    10680319
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.94万
  • 项目类别:
Reexamining the Role of Dendrites in Neuronal Function
重新审视树突在神经元功能中的作用
  • 批准号:
    10721626
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.94万
  • 项目类别:
Determining the ultrastructural differences between dually and singly innervated dendritic spines and their changes following glutamate excitotoxicity using Cryo-Electron Tomography
使用冷冻电子断层扫描确定双重和单神经支配的树突棘之间的超微结构差异及其在谷氨酸兴奋性毒性后的变化
  • 批准号:
    10679214
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 21.94万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了