The light-based neuromodulation technology has the advantage of being able to individually control the activity of single neurons with high spatial resolution. Here, we focused on locally inducing photothermal suppression mediated by gold nanorods. For this purpose, a patterned near-infrared light illumination system using a digital micro-mirror device was developed. Studies of light illumination parameters for localized neural suppression showed that the suppression was energy dependent and that the dynamics of neuronal suppression was related to the thermodynamics. Furthermore, TREK1 modeling cross-validated that the channel could induce neuronal suppression. In addition, simultaneous measurement of optical signals verified photothermal neural suppression at a single cell level. In particular, it was possible to verify the inhibition of localized nerve cell activation by patterned light. Finally, the localized suppression technique was applied to probe neural connection. It has been shown that it can be used to locate the cells connected to the recording neuron by finding a pair that shows inhibition at the same time during the inhibition of neurogenesis in the distant region.
빛을 이용한 신경제어 기술은 높은 공간해상도로 단일 신경세포의 활성을 개별적으로 조절할 수 있다는 장점이 있다. 여기서는 금 나노입자를 매개로 한 광열 신경억제기술을 국소적으로 유도하는 데 초점을 맞추었다. 이를 위해 디지털 미소반사 표시기를 이용한 패턴화된 근 적외선 광 조사 시스템을 개발하였다. 국소적 신경억제를 위한 광 조사 파라미터 변수에 대한 연구를 통해 신경억제는 에너지 의존적임을 보였고, 또한 동일한 조건에서의 주변 온도의 변화율을 통해 신경억제의 동역학이 온도의 동역학과 관계 있음을 보였다. 더 나아가 TREK1 모델링을 통해 해당 채널이 신경억제를 유도할 수 있음을 보였다. 또한, 광학신호 동시 측정을 통하여 단일세포 수준에서 신경 발화의 억제를 검증하였다. 특히, 패턴화 광 조사를 이용한 국소 지역 신경세포의 발화억제를 검증할 수 있었다. 마지막으로, 이 기술을 사용하여 신경네트웍을 이루고 있는 세포들의 연결성을 알아보는데 사용할 수 있음을 보였다. 멀리 떨어진 영역의 신경발화의 억제 동안 동시에 억제 현상을 보이는 쌍을 찾음으로써, 기록하는 신경세포 주변으로 연결된 세포들의 위치를 찾는데 사용될 수 있음을 보였다.
