Multi-Site Non-Invasive Magnetothermal Excitation and Inhibition of Deep Brain Structures

脑深部结构的多位点非侵入性磁热激发和抑制

基本信息

项目摘要

Abstract This project seeks to develop a wireless, minimally invasive bi-directional deep brain stimulation technology based on remote heating of magnetic nanoparticles. Reliably modulating the activity of specific neuronal populations is essential to establishing causal links between neural firing patterns and observed behaviors. Electrical stimulation, as well as its recent non-invasive alternatives, ultrasound and electromagnetic induction, do not discriminate between cell types and have limited spatial resolution. Genetic approaches such as DREADDs and optogenetics enable neural excitation and inhibition with exquisite precision in specific cell populations. However, they require long-term indwelling hardware (limiting clinical translation) or lack temporal resolution. In this project, we propose to evaluate a nanoparticle-based technology that can access the deep brain regions, excite and inhibit neurons, and be fully wireless after initial injection. The Anikeeva (MIT) and Pralle (SUNY Buffalo) groups have recently shown that heat dissipation by magnetic nanoparticles (MNPs) in alternating magnetic fields (AMFs) can trigger heat-sensitive capsaicin receptor TRPV1 and heat-sensitive chloride channel anoctamine 1 (ANO1), respectively. These, in turn, can depolarize or silence neurons, and we have preliminary evidence for effects both in vitro and in vivo. Finally, the Anikeeva group has made advances in nanomaterials chemistry that enables multiplexing: independent heating of multiple MNP types (implying control of multiple neighboring neural populations) using AMF with distinct amplitudes and frequencies. Our objective is to combine these technologies into a "magnetothermal toolbox" and demonstrate its ability to shape animal behavior, by manipulating a well-characterized midbrain reward circuit. We will refine the ANO1 inhibitory technology and demonstrate control of place aversion in mice (Aim 1), then merge this technology with TRPV1-facilitated excitation in context of magnetic multiplexing to show bi-directional control of place aversion/preference (Aim 2). From this proof of concept, Aim 3 seeks to demonstrate that the toolkit can also control a more complex behavior (gambling/ probabilistic reward learning) in a larger species (rat). We will carry out this project through a tightly integrated combination of expertise in nanoscale engineering (Anikeeva, Pralle), targeted neural modulation (Anikeeva, Pralle), behavior manipulation through midbrain modulation (Widge) and clinical psychiatric deep brain stimulation (Widge).
抽象的 该项目旨在开发无线,微创双向深度脑刺激技术 基于磁性纳米颗粒的远程加热。可靠地调节特定神经元的活性 种群对于在神经解火模式和观察到的行为之间建立因果关系至关重要。 电刺激以及其最近的非侵入性替代方案,超声和电磁诱导, 不要区分细胞类型,并且空间分辨率有限。诸如遗传方法 恐惧和光遗传学在特定细胞中以精确的精度启用神经激发和抑制作用 人群。但是,它们需要长期留置硬件(限制临床翻译)或缺乏时间 解决。在这个项目中,我们建议评估一种基于纳米颗粒的技术,该技术可以访问深度 大脑区域,激发和抑制神经元,并在初次注射后完全无线。 Anikeeva(麻省理工学院)和 Pralle(SUNY BUFFALO)组最近表明,磁性纳米颗粒(MNP)的热量耗散 交替的磁场(AMF)可以触发热敏性辣椒素受体TRPV1和热敏感 氯化通道阳离子1(ANO1)分别。这些反过来可以去极化或沉默神经元,我们 在体外和体内都有初步证据。最后,Anikeeva集团取得了进步 在纳米材料的化学中,可以实现多重化:多种MNP类型的独立加热(暗示 使用具有不同幅度和频率的AMF控制多个相邻神经种群)。我们的 目的是将这些技术组合到“磁热工具箱”中,并证明其 通过操纵良好的中脑奖励电路来塑造动物行为的能力。我们将完善 ANO1抑制技术并证明对小鼠的位置厌恶的控制(AIM 1),然后合并 在磁多路复用的背景下,具有TRPV1-核激发的技术,以显示对的双向控制 放置/偏好(目标2)。从这个概念证明中,AIM 3试图证明该工具包可以 还控制较大物种(大鼠)中更复杂的行为(赌博/概率奖励学习)。我们将 通过纳米级工程专业知识的紧密组合来执行该项目(Anikeeva, Pralle),靶向神经调制(Anikeeva,Pralle),通过中脑调节操纵行为 (Widge)和临床精神病深脑刺激(Widge)。

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 }}

Polina O Anikeeva其他文献

Polina O Anikeeva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('Polina O Anikeeva', 18)}}的其他基金

Fusion of nanomagnetic and viral tools to interrogate brain-body circuits
融合纳米磁性和病毒工具来询问脑体回路
  • 批准号:
    10672302
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Fusion of nanomagnetic and viral tools to interrogate brain-body circuits
融合纳米磁性和病毒工具来询问脑体回路
  • 批准号:
    10261671
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Optogenetics to improve hand function after spinal cord injury.
光遗传学改善脊髓损伤后的手部功能。
  • 批准号:
    10470835
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Optogenetics to improve hand function after spinal cord injury.
光遗传学改善脊髓损伤后的手部功能。
  • 批准号:
    10252778
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Wireless Magnetomechanical Neuromodulation of Targeted Circuits
目标电路的无线磁力神经调节
  • 批准号:
    9924842
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Multi-Site Non-Invasive Magnetothermal Excitation and Inhibition of Deep Brain Structures
脑深部结构的多位点非侵入性磁热激发和抑制
  • 批准号:
    9357724
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Fiber Inspired Neural Probes for the Multifunctional Dynamic Brain Mapping
用于多功能动态脑图绘制的纤维启发神经探针
  • 批准号:
    8886012
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Fiber Inspired Neural Probes for the Multifunctional Dynamic Brain Mapping
用于多功能动态脑图绘制的纤维启发神经探针
  • 批准号:
    9199380
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Fiber Inspired Neural Probes for the Multifunctional Dynamic Brain Mapping
用于多功能动态脑图绘制的纤维启发神经探针
  • 批准号:
    9005888
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:

相似国自然基金

臂旁核区域损伤致长时程“昏迷样”动物模型建立及神经机制研究
  • 批准号:
    81901068
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    20.5 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
三江源大型野生食草动物对区域草畜平衡状态影响及管控机制研究
  • 批准号:
    41971276
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于组蛋白H3K9me3和DNA甲基化修饰协同作用研究早期胚胎发育过程中基因印记区域的调控
  • 批准号:
    31801059
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
使用三代测序技术研究线粒体DNA非编码区域对其DNA复制和转录的调控
  • 批准号:
    31701089
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    23.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
转录因子Msx1与哺乳动物上腭发育的前-后区域化
  • 批准号:
    31771593
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Creation of Knockout Laboratory Opossums
淘汰赛实验室负鼠的创建
  • 批准号:
    10648854
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Cross-modal plasticity after the loss of vision at two early developmental ages in the posterior parietal cortex: Adult connections, cortical function and behavior.
后顶叶皮质两个早期发育年龄视力丧失后的跨模式可塑性:成人连接、皮质功能和行为。
  • 批准号:
    10751658
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Structurally engineered furan fatty acids for the treatment of dyslipidemia and cardiovascular disease
结构工程呋喃脂肪酸用于治疗血脂异常和心血管疾病
  • 批准号:
    10603408
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Corticothalamic circuits mediating behavioral adaptations to unexpected reward omission
皮质丘脑回路介导对意外奖励遗漏的行为适应
  • 批准号:
    10734683
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
Integration of seasonal cues to modulate neuronal plasticity
整合季节性线索来调节神经元可塑性
  • 批准号:
    10723977
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 87.59万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了