Targeted Neurostimulation in Mouse Brains with Non-invasive Ultrasound

神经刺激 超声波 神经科学 生物 医学 细胞生物学 刺激 放射科
作者
Zhihai Qiu,Shashwati Kala,Jinghui Guo,Quanxiang Xian,Jiejun Zhu,Ting Zhu,Xuandi Hou,Kin Fung Wong,Minyi Yang,Haoru Wang,Lei Sun
出处
期刊:Cell Reports [Cell Press]
卷期号:32 (7): 108033-108033 被引量:91
标识
DOI:10.1016/j.celrep.2020.108033
摘要

Recently developed brain stimulation techniques have significantly advanced our ability to manipulate the brain's function. However, stimulating specific neurons in a desired region without significant surgical invasion remains a challenge. Here, we demonstrate a neuron-specific and region-targeted neural excitation strategy using non-invasive ultrasound through activation of heterologously expressed mechanosensitive ion channels (MscL-G22S). Low-intensity ultrasound is significantly better at inducing Ca2+ influx and neuron activation in vitro and at evoking electromyogram (EMG) responses in vivo in targeted cells expressing MscL-G22S. Neurons in the cerebral cortex or dorsomedial striatum of mice are made to express MscL-G22S and stimulated ultrasonically. We find significant upregulation of c-Fos in neuron nuclei only in the regions expressing MscL-G22S compared with the non-MscL controls, as well as in various other regions in the same brain. Thus, we detail an effective approach for activating specific regions and cell types in intact mouse brains by sensitizing them to ultrasound using a mechanosensitive ion channel.
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