Co jeśli następnym gadżetem do wysyłania wiadomości do znajomych nie był zegarek przymocowany do nadgarstka lub telefon w kieszeni - ale urządzenie elektroniczne wbudowane w mózg? Teraz nowy rodzaj elastycznego obwodu zbliżył nas o krok do przyszłości w science fiction. Wszczepiona za pomocą iniekcji siatka drutów o średnicy zaledwie kilku milimetrów może zataczać się żywymi neuronami i podsłuchiwać ich drgania, oferując sposób na komunikację elektroniki z aktywnością mózgu.
powiązana zawartość
- Fale uderzeniowe mogą tworzyć niebezpieczne pęcherzyki w mózgu
- Twórz nowe wspomnienia, ale zachowaj stare, z niewielką pomocą elektrod
- To uderzenie geniuszu pozwoli ci pisać mózgiem
„Staramy się zatrzeć różnicę między obwodami elektronowymi a obwodami neuronowymi” - mówi Charles Lieber, nanotechnolog z Uniwersytetu Harvarda i współautor badania opisującego urządzenie w tym tygodniu w Nature Nanotechnology.
Do tej pory technologia była testowana tylko u żywych myszy. Ale Lieber ma nadzieję, że ostatecznie podłączy to do ludzi. Jego zwolennikami są Fidelity Biosciences, firma venture capital zainteresowana nowymi sposobami leczenia zaburzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona. Wojsko również zainteresowało się, zapewniając wsparcie w ramach programu Cyborgcell sił powietrznych USA, który koncentruje się na drobnej elektronice w celu „poprawy wydajności” ogniw.
Dla niektórych osób elektronika neuronowa jest już rzeczywistością. Osoby cierpiące na silne drżenie lub niekontrolowane skurcze mięśni mogą znaleźć ulgę w wyniku wstrząsów elektrycznych, które są dostarczane przez długie druty wkręcone głęboko w mózg. A quadriplegics nauczyli się kontrolować kończyny protetyczne za pomocą czipów wbudowanych w mózg lub elektrod ułożonych na powierzchni mózgu.
Technologie te można jednak stosować tylko w ciężkich przypadkach, ponieważ wymagają procedur inwazyjnych. „Poprzednie urządzenia polegały na dużych nacięciach i operacjach”, mówi Dae-Hyeong Kim, nanotechnolog z Seoul National University w Korei Południowej.
Tym, co wyróżnia to nowe podejście, jest wyjątkowa elastyczność obwodu. Obwód wykonany z pasków metalu i plastiku splecionych razem jak sieć rybacka jest „sto tysięcy razy bardziej elastyczny niż inne wszczepialne urządzenia elektroniczne” - mówi Lieber. Siatkę można zwinąć, aby łatwo przejść przez igłę strzykawki. Gdy znajdzie się w ciele, sieć sama się rozwija i zostaje osadzona w mózgu.
Sekcja zwłok myszy, która wstrzyknęła, ujawniła, że druty wpleciły się w splątaną tkaninę neuronów w ciągu tygodni. Ścisłe połączenia powstałe w wyniku połączenia tworzyw sztucznych i materii mózgowej z pozornie niewielkim negatywnym oddziaływaniem. Ta zgodność jest prawdopodobnie dlatego, że sieć została modelowana na podstawie trójwymiarowych rusztowań używanych przez inżynierów biomedycznych do hodowli tkanek poza ciałem.
Obraz mikroskopu 3D pokazuje siatkę wstrzykniętą w obszar mózgu zwany komorą boczną. (Lieber Research Group, Harvard University) Aktywność neuronów można monitorować za pomocą mikroskopowych czujników podłączonych do obwodu. Detektory napięcia wychwytują prądy generowane przez wystrzeliwanie pojedynczych komórek mózgowych. Te sygnały elektryczne były przekazywane wzdłuż drutu biegnącego z głowy do komputera.
„Może to mieć wpływ na interfejs mózgu dla konsumentów”, mówi Jacob Robinson, który opracowuje technologie, które łączą się z mózgiem na Uniwersytecie Rice. „Podłączenie komputera do mózgu staje się o wiele smaczniejsze, jeśli wszystko, co musisz zrobić, to wstrzyknąć coś”.
Dla neuronaukowców zainteresowanych komunikacją komórek mózgowych to wrażliwe narzędzie oferuje dostęp do części układu nerwowego, które trudno jest badać za pomocą tradycyjnych technologii. Na przykład trzy miesiące temu kolega Liebera wstrzyknął niektóre swoje sieci do oczu myszy, w pobliżu komórek nerwowych, które zbierają informacje wzrokowe z siatkówki. Sondowanie tych komórek zwykle wymaga wycięcia oka. Sygnały zebrane przez wstrzykiwane sieci pozostały jak dotąd silne, a myszy pozostają zdrowe.
Aby być użytecznym dla ludzi, zespół Liebera będzie musiał udowodnić, że sieci mają jeszcze większą żywotność. Poprzednia elektronika neuronowa cierpiała na problemy ze stabilnością; z czasem tracą sygnał, gdy komórki w pobliżu sztywnych intruzów giną lub migrują. Ale zespół jest optymistą, że siatka Liebera okaże się bardziej przyjazna dla mózgu, ponieważ komórki, które do tej pory ją napotykają, wydają się przytulać i rosnąć w jej szczeliny.
Słuchanie informacji o aktywności mózgu może być dopiero początkiem - podobnie jak w codziennych obwodach można dodawać różne komponenty do różnych zadań. W innym eksperymencie zespół Liebera wstrzykiwał obwody wyposażone w czujniki ciśnienia w otwory w miękkim polimerze. Po ściśnięciu polimeru czujniki mierzyły zmiany ciśnienia wewnątrz wnęk. Może to być przydatne do badania zmian ciśnienia wewnątrz czaszki, takich jak te, które występują po urazie głowy.
W dalszej części sieć może być zaopatrzona w urządzenia sprzężenia zwrotnego, które dostarczają stymulację elektryczną lub uwalniają pakiety leków do leczenia. Dodaj kilka mikroskopijnych anten RFID, a obwód może być bezprzewodowy. A fani science-fiction powinni ślinić się na myśl o zainstalowaniu urządzeń pamięci masowej - podobnych do pamięci RAM w komputerach - aby poprawić swoje własne wspomnienia.
„Musimy iść, zanim będziemy mogli biegać, ale uważamy, że naprawdę możemy zrewolucjonizować naszą zdolność do komunikacji z mózgiem”, mówi Lieber.
