세포 소기관 해상도의 기계적 자극 및 전기생리학적 모니터링이 신경망 내 신경세포의 차별적 기계감각을 드러낸다

초록 뇌가 기계감각 기관이라는 데 대한 증가하는 합의는 신경망 내 신경세포의 전기생리학적 반응을 기계적으로 자극하고 동시에 기록할 수 있는 도구의 필요성을 촉진하고 있다. 여기에서는 원자힘현미경, 고밀도 마이크로전극 배열 및 형광 현미경을 동기화하여 신경망을 모니터링하고 피코뉴턴 힘 민감도 및 나노미터 정밀도로 개별 신경세포를 기계적으로 특성화하고 자극하며, 세포 소기관 공간 및 밀리초 시간 해상도에서 그들의 전기생리학적 활동을 기록하는 방법을 소개한다. 기계적 경직성과 신경구획의 전기생리학적 활동 사이에는 상관관계가 발견되지 않는다. 또한, 자발적으로 활성화된 신경세포는 그 세포체에 대한 정적 기계 압축에 대해 예외적으로 기능적 탄력성을 보여준다. 그러나 신경세포의 세포체에 빠른 일시적(약 500 ms) 기계적 자극을 적용하면, 신경막과 액틴 세포골격의 고정에 따라 의존하는 활동전위를 유발할 수 있다. 신경세포는 느린 일시적 기계적 자극(약 60 s)에 대해 활동전위의 폭발적인 반응을 포함하여 더 높은 반응성을 보인다. 더욱이, 동일한 압축을 일시적이고 반복적으로 적용하면 신경 발사율을 조절한다. 신경망은 기계적 자극의 특정 특성을 구별하여 반응할 수 있는 것으로 보인다. 궁극적으로 개발된 다중 매개변수 도구는 신경계의 다양한 나노기계생물학적 반응을 탐구하고 새로운 기계적 제어 방법을 모색할 수 있는 기회를 제공한다.