Ами ако следващото приспособление за изпращане на съобщения до приятелите ви не беше часовник, прикован към китката ви, или телефон, пълен в джоба ви - а електронно устройство, вградено в мозъка ви? Сега нов вид гъвкава схема ни приближи с една крачка към бъдещето на научната фантастика. Имплантирана чрез инжектиране, мрежа от проводници само няколко милиметра напречно може да се инсинуира с живи неврони и подслушване на техния бъбрив, предлагайки начин електрониката да се свърже с мозъчната ви дейност.
Свързано съдържание
- Ударните вълни могат да създадат опасни мехури в мозъка
- Направете нови спомени, но запазете старите, с малко помощ от електродите
- Този удар на гения може да ви позволи да пишете с мозъка си
„Опитваме се да размием разликата между електронните схеми и невронните вериги“, казва Чарлз Лийбър, нанотехнолог от Харвардския университет и съавтор на проучване, описващо устройството тази седмица в Nature Nanotechnology.
Засега технологията се тества само в главите на живи мишки. Но Либер се надява в крайна сметка да го предаде на хората. Неговите поддръжници включват Fidelity Biosciences, фирма за рисков капитал, която се интересува от нови начини за лечение на невродегенеративни разстройства, като болестта на Паркинсон. Военните също се интересуват, осигурявайки подкрепа чрез програмата на Киборгъл на ВВС на САЩ, която се фокусира върху дребномащабната електроника за „повишаване на производителността“ на клетките.
Невронната електроника вече е реалност за някои хора. Страдащите от силен тремор или неконтролируеми мускулни спазми могат да намерят облекчение чрез електрически шокове, които се доставят от дълги проводници, резбовани дълбоко в мозъка. А квадриплегиците са се научили да контролират протезните крайници, като използват чипове, вградени в мозъка или електроди, поставени на мозъчната повърхност.
Но тези технологии могат да се използват само в тежки случаи, защото изискват инвазивни процедури. „Предишните устройства разчитаха на големи разрези и операции“, казва Дей-Хьонг Ким, нанотехнолог от Националния университет в Сеул в Южна Корея.
Това, което прави новия подход различен, е изключителната надеждност на веригата. Изработена от нишки от метал и пластмаса, сплетени като риболовна мрежа, веригата е „сто хиляди пъти по-гъвкава от други имплантируеми електроники“, казва Лийбър. Мрежата може да се навие, така че да може лесно да премине през игла за спринцовка. След като влезе вътре в тялото, мрежата се разгръща по собствено желание и се вгражда в мозъка.
Аутопсиите на инжектирани мишки разкриха, че жиците са се вплели в заплетената тъкан на невроните в продължение на седмици. Тесни връзки, оформени като пластмасова и мозъчна материя, сплетени заедно с привидно малко отрицателно въздействие. Тази съвместимост е може би защото мрежата е моделирана след триизмерни скелета, използвани от биомедицински инженери за отглеждане на тъкани извън тялото.
3-D изображение на микроскоп показва мрежата, инжектирана в област на мозъка, наречена странична камера. (Lieber Research Group, Harvard University) Дейностите на невроните могат да се наблюдават с помощта на микроскопични сензори, свързани в схемата. Детекторите за напрежение взеха токове, генерирани от отделяне на отделни мозъчни клетки. Тези електрически сигнали бяха препредавани по кабел, изтичащ от главата до компютър.
„Това би могло да навлезе на мозъчен интерфейс за потребителите“, казва Джейкъб Робинсън, който разработва технологии, които взаимодействат с мозъка в университета Райс. „Включването на компютъра в мозъка ви става много по-приятно, ако всичко, което трябва да направите, е да инжектирате нещо.“
За невролозите, които се интересуват от това как мозъчните клетки общуват, този чувствителен инструмент предлага достъп до части от нервната система, които са трудни за изучаване с традиционните технологии. Преди три месеца например колега на Лийбер инжектира част от мрежите си в очите на мишки, близо до нервни клетки, които събират визуална информация от ретината. Пробирането на тези клетки обикновено изисква изрязване на част от окото. Сигналите, събрани от инжектираните мрежи, остават силни досега, а мишките остават здрави.
За да бъде полезен за хората обаче, екипът на Lieber ще трябва да докаже, че мрежите имат още по-дълголетие. Предишната невронна електроника е страдала от проблеми със стабилността; те са склонни да губят сигнал с течение на времето, когато клетките в близост до твърдите натрапници умират или мигрират далеч. Но екипът е оптимист, че мрежата на Лийбър ще се окаже по-щадяща мозъка, тъй като клетките, които се срещат досега, сякаш се сгушват и прерастват в пропуските.
Слушането на мозъчната активност може да е само началото - както при ежедневните схеми, за различни задачи могат да се добавят различни компоненти. В друг експеримент екипът на Lieber инжектира схеми, оборудвани със сензори за налягане, в дупки вътре в мек полимер. Когато полимерът се изтласка, сензорите измерват промените в налягането вътре в кухините. Това може да бъде полезно за изследване на промените в налягането вътре в черепа, като тези, които се появяват след травматично нараняване на главата.
По-надолу по линията мрежата може да бъде осеяна с устройства за обратна връзка, които доставят електрическа стимулация или освобождават пакети с лекарства за медицинско лечение. Добавете няколко микроскопични RFID антени и веригата може да остане безжична. А феновете на научната фантастика трябва да се излюпят при мисълта да инсталират устройства за съхранение на памет - подобно на оперативната памет в компютрите - за да подобрят собствените си памет.
„Трябва да ходим, преди да успеем да тичаме, но смятаме, че можем наистина да революционизираме способността си да се свързваме с мозъка“, казва Лийбър.
