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RESEARCH

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Brain

腦神經細胞的活性，會直接影響到動物的行為，​許多神經性疾病的成因，也是因為某些神經細胞死亡，或是特定神經細胞的活動不正常而造成。因此發展能夠精準地控制"特定種類"神經細胞活性的技術，對於研究一些神經性疾病的成因以及找出對於這些疾病的治療方法，都非常重要。

​磁遺傳學
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Chen, Canales, and Anikeeva (2017) Nature Review Material

現今的技術使用了許多不同的方式刺激腦神經細胞，​包含了電刺激，光(光遺傳學)，超音波(聲遺傳學)與磁場(磁遺傳學)等等。雖然電刺激可以穿透到很深的組織但是電刺激的非專一性會刺激到途中的其他神經細胞，容易造成無法預期的副作用。其他不同的刺激方式可以穿透的腦組織的深度不同，例如光與聲音(超音波)的強度，都會隨著刺激的深度而遞減。而磁場則可以很輕易地穿透到深層的腦組織。利用磁場的特性既可以做到無線遙控，也能控制到深層的腦組織而不造成其他副作用。因此我們選擇使用磁場來調控神經細胞。

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本實驗室所發展MagTIES技術只需使用低功率磁場進行刺激並具有高精度特性。a. 在時間精度與空間精度的比較中，MagTIES技術具備毫秒級的時間精度以及微米級的空間精度，不僅改善傳統深腦刺激以及經顱磁刺激空間精度不足，相較於化學遺傳學、磁熱技術、磁機械技術及過往磁電技術展現了更佳的時間精度。b. MagTIES技術在磁場強度與磁場頻率的比較中，能夠在低磁場強度(50 mT)與低頻率(10 Hz)的條件下達到刺激效果，顯示其比過往磁相關技術(如經顱磁刺激、磁熱刺激、其他磁電刺激)對磁場要求更低。c. 在磁場頻率與磁電效應的比較中，MagTIES技術僅需應用低頻率磁場即可產生顯著的磁電效應。

磁場並不會直接對神經細胞造成影響，雖然這項特性讓我們使用磁場時不會造成嚴重的副作用，但是我們也必須要找到不同的方式去將磁場的能量轉換為能夠調控神經細胞的形式。因此我們利用奈米技術，使用不同大小的奈米磁珠與不同強度的磁場，可以讓奈米磁珠產生熱能或是機械能，再利用遺傳學技術，讓神經細胞膜表現相對應的熱能或是機械能受器。用這種方法，我們就可以利用磁場以遠距離遙控神經細胞的活性。甚至能即時改變自由活動的小鼠行為。

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Chiang et al. (in prepare)

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