Injekcijski špijuni Za Implantaciju Mozga Na Pojedinačnim Neuronima

2023 Autor: Peter Bradberry | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-07-27 17:19

Elektronička mreža može razotkriti rad mozga sisara.

Sada je potrebno jednostavno ubrizgavanje mozga. Raznoliki tim fizičara, neuroznanstvenika i kemičara ugrađivao je mozak miša smotanom, svilenkastom mrežicom okićenom sitnim elektroničkim uređajima i pokazao da se razvija kako bi špijunirao i stimulirao pojedinačne neurone.

Implantat ima potencijal da razotkrije rad mozga sisara do neviđenih detalja. "Mislim da je to sjajno, vrlo kreativan novi pristup problemu snimanja velikog broja neurona u mozgu", kaže Rafael Yuste, direktor Neurotehnološkog centra na Univerzitetu Columbia u New Yorku, koji nije bio uključen u posao.

Ako se na kraju pokaže da je sigurna, mekana mrežica mogla bi se čak i koristiti kod ljudi za liječenje stanja kao što je Parkinsonova bolest, kaže Charles Lieber, kemičar sa Sveučilišta Harvard u Cambridgeu u Massachusettsu, koji je vodio tim. Rad je objavljen u časopisu Nature Nanotechnology 8. juna.

Neuroznanstvenici još uvijek ne razumiju kako se aktivnosti pojedinih moždanih ćelija prevode u više kognitivne moći poput percepcije i osjećaja. Problem je potaknuo lov na tehnologije koje će omogućiti naučnicima da proučavaju hiljade, ili idealno milione neurona odjednom, ali upotreba moždanih implantata trenutno je ograničena sa nekoliko nedostataka. Do sada su čak i najbolje tehnologije bile sastavljene od relativno krute elektronike koja djeluje poput brusnog papira na osjetljivim neuronima. Oni se također bore da dugo tragaju za istim neuronom, jer se pojedinačne ćelije kreću kada životinja diše ili joj srce otkuca.

Tim s Harvarda riješio je ove probleme upotrebom mreže provodnih polimernih niti s nanosima elektroda ili tranzistora pričvršćenih na njihovim sjecištima. Svaki je pramen mekan poput svile i fleksibilan kao i samo moždano tkivo. Slobodni prostor čini 95% mreže, što omogućava ćelijama da se rasporede oko nje.

2012. tim je pokazao da se žive ćelije uzgajane u jelu mogu nagovoriti da rastu oko ovih fleksibilnih skela i stopiti se s njima, ali ovo ‘kiborg’ tkivo stvoreno je izvan živog tijela. "Problem je u tome kako to unijeti u postojeći mozak?" kaže Lieber.

Odgovor tima bio je da čvrsto smotamo 2D mrežu širine nekoliko centimetara, a zatim iglom promjera samo 100 mikrometara ubrizgamo je direktno u ciljano područje kroz rupu na vrhu lubanje. Mreža se odvija tako da popunjava sve male šupljine i miješa se s tkivom (pogledajte „Propitkivanje mozga“). Nanožice koje vire mogu se povezati s računarom kako bi snimale i stimulirale ćelije.

Do sada su istraživači ugrađivali mreže sastavljene od 16 električnih elemenata u dva područja mozga anesteziranih miševa, gdje su mogli nadgledati i stimulirati pojedinačne neurone. Mreža se čvrsto integrira sa živčanim stanicama, kaže Jia Liu, član Harvardskog tima, bez znakova povišenog imunološkog odgovora nakon pet tjedana. Neuroni "gledaju na ovu polimernu mrežu prijateljski, poput skele", kaže on.

Sljedeći koraci bit će ugrađivanje većih mreža koje sadrže stotine uređaja, s različitim vrstama senzora, i bilježenje aktivnosti miševima koji su budni, fiksiranjem glave na mjestu ili razvojem bežičnih tehnologija koje bi sa neurona snimale kao životinje su se slobodno kretale. Tim bi također želio ubrizgati uređaj u mozak novorođenih miševa, gdje će se dalje razvijati kako mozak raste, te dodati mrežaste sonde u obliku ukosnice u mrežu kako bi bilježili električnu aktivnost unutar i izvan ćelija.

Kada je Lieber predstavio rad na konferenciji 2014. godine, „nekolicina nas je ostala spuštenih ralja“, kaže Yuste.

Postoji ogroman potencijal za tehnike koje mogu proučavati aktivnost velikog broja neurona tokom dužeg vremenskog perioda sa samo minimalnom štetom, kaže Jens Schouenborg, šef Neuronano istraživačkog centra na Univerzitetu Lund u Švedskoj, koji je razvio na bazi želatine. 'igla' za isporuku elektroda u mozak. Ali i dalje je skeptičan prema ovoj tehnici: "Želio bih vidjeti više dokaza o dugotrajnoj kompatibilnosti implantata s tijelom", kaže on. Bilo bi potrebno strogo testiranje prije nego što se takav uređaj može ugraditi u ljude. Ali, kaže Lieber, potencijalno bi mogao liječiti oštećenje mozga uzrokovano moždanim udarom, kao i Parkinsonovu bolest.

Lieberov tim ne financira američka vlada s 4,5 milijardi dolara vrijednim istraživanjem mozga putem unapređenja inovativnih neurotehnologija (BRAIN), pokrenutim 2013. godine, ali rad ukazuje na moć multidisciplinarnog pristupa tog napora, kaže Yuste, koji je rano zagovarao inicijativa BRAIN. Uvođenje fizičkih naučnika u neuronauku, kako kaže, moglo bi pomoći da se "probiju glavni eksperimentalni i teorijski izazovi koje moramo pobijediti da bismo razumjeli kako mozak radi".