Что, если следующий гаджет для отправки сообщений вашим друзьям - это не часы, привязанные к вашему запястью или телефон, уложенный в карман, а электронное устройство, встроенное в ваш мозг? Теперь, новый тип гибкой схемы сделал нас на шаг ближе к будущему научной фантастики. Имплантированная посредством инъекции, сетка проводов размером всего в несколько миллиметров может проникнуть в живые нейроны и подслушать их болтовню, предлагая электронике возможность взаимодействовать с деятельностью вашего мозга.
Связанный контент
- Ударные волны могут создать опасные пузыри в мозге
- Создавайте новые воспоминания, но сохраняйте старые с небольшой помощью электродов
- Этот гениальный удар позволил бы вам писать мозгами
«Мы пытаемся стирать различие между электронными и нейронными схемами», - говорит Чарльз Либер, нанотехнолог из Гарвардского университета и соавтор исследования, описывающего устройство на этой неделе в Nature Nanotechnology.
Пока технология была опробована только в головах живых мышей. Но Либер надеется в конечном итоге передать это людям. Его сторонниками являются Fidelity Biosciences, фирма венчурного капитала, заинтересованная в новых способах лечения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона. Военные также проявили интерес, оказав поддержку в рамках программы Cyborgcell ВВС США, которая фокусируется на мелкой электронике для «повышения производительности» ячеек.
Нейронная электроника уже стала реальностью для некоторых людей. Те, кто страдает от сильных толчков или неконтролируемых мышечных спазмов, могут найти облегчение при помощи ударов током, которые доставляются длинными проводами, пронизанными глубоко в мозг. И квадриплегики научились контролировать протезы конечностей, используя чипы, встроенные в мозг, или электроды, уложенные на поверхность мозга.
Но эти технологии могут использоваться только в тяжелых случаях, потому что они требуют инвазивных процедур. «Предыдущие устройства основывались на больших разрезах и операциях», - говорит Дэ Хён Ким, нанотехнолог из Сеульского национального университета в Южной Корее.
Что отличает новый подход, так это исключительная гибкость схемы. Изготовленная из металлических и пластиковых нитей, сплетенных вместе, как рыболовная сеть, схема «в сто тысяч раз более гибкая, чем другие имплантируемые электронные устройства», говорит Либер. Сетка может быть свернута так, чтобы легко проходить через иглу шприца. Оказавшись внутри тела, сеть разворачивается сама по себе и внедряется в мозг.
Вскрытие мышей с инъекциями показало, что проволоки вплетались в запутанную ткань нейронов в течение нескольких недель. Плотные соединения, образованные в виде пластической и мозговой материи, связаны между собой, казалось бы, с небольшим отрицательным воздействием. Эта совместимость, возможно, объясняется тем, что сеть была смоделирована после трехмерных каркасов, используемых биомедицинскими инженерами для выращивания тканей вне тела.
На трехмерном микроскопическом изображении показана сетка, введенная в область мозга, которая называется боковым желудочком. (Исследовательская группа Либера, Гарвардский университет) Активность нейронов можно отслеживать с помощью микроскопических датчиков, подключенных к цепи. Детекторы напряжения улавливали токи, генерируемые отдельными клетками головного мозга. Эти электрические сигналы передавались по проводам, идущим от головы к компьютеру.
«Это может привести к некоторому проникновению в мозговой интерфейс для потребителей», - говорит Джейкоб Робинсон, который разрабатывает технологии, которые взаимодействуют с мозгом в Университете Райса. «Подключить компьютер к мозгу станет гораздо приятнее, если все, что вам нужно сделать, это ввести что-то».
Для нейробиологов, заинтересованных в том, как клетки мозга взаимодействуют, этот чувствительный инструмент предлагает доступ к частям нервной системы, которые трудно изучать с помощью традиционных технологий. Например, три месяца назад коллега из Либера ввел некоторые из своих сетей в глаза мышей, рядом с нервными клетками, которые собирают визуальную информацию от сетчатки. Для исследования этих клеток обычно требуется вырезать кусок глаза. Сигналы, собранные инъецированными сетками, до сих пор оставались сильными, а мыши остаются здоровыми.
Чтобы быть полезной для людей, команде Либера нужно будет доказать, что сети имеют еще большую долговечность. Предыдущая нейронная электроника страдала от проблем со стабильностью; они имеют тенденцию терять сигнал с течением времени, когда клетки рядом с жесткими злоумышленниками умирают или мигрируют. Но команда оптимистично настроена, что сетка Либера окажется более дружественной к мозгу, поскольку клетки, с которыми она сталкивается до сих пор, похоже, обнимаются и растут в своих пробелах.
Прослушивание активности мозга может быть только началом - как и в повседневных кругах, для разных задач могут добавляться разные компоненты. В другом эксперименте команда Либера ввела схемы, снабженные датчиками давления, в отверстия внутри мягкого полимера. Когда полимер выдавливался, датчики измеряли изменения давления внутри полостей. Это может быть полезно для изучения изменений давления внутри черепа, таких как те, которые происходят после черепно-мозговой травмы.
Кроме того, сеть может быть усеяна устройствами обратной связи, которые доставляют электростимуляцию или выпускают пакеты лекарств для лечения. Добавьте несколько микроскопических антенн RFID, и схема может стать беспроводной. И поклонники научной фантастики должны слюноотделить при мысли об установке запоминающих устройств - похожих на оперативную память внутри компьютеров - чтобы улучшить свою собственную память.
«Мы должны идти, прежде чем сможем бежать, но мы думаем, что можем действительно революционизировать нашу способность взаимодействовать с мозгом», - говорит Либер.
