Što ako sljedeći uređaj za slanje poruka prijateljima nije sat vezan na zglobu ili telefon u džepu - već elektronički uređaj ugrađen u vaš mozak? Sada, nova vrsta fleksibilnog kruga dovela nas je korak bliže budućnosti ove znanstvene fantastike. Implantirana injekcijom, mreža žica dužine svega nekoliko milimetara može se nametnuti živim neuronima i prisluškivati na njihovom brbljanju, nudeći način da elektronika bude povezana s vašom moždanom aktivnošću.
Povezani sadržaj
- Šok valovi mogu stvoriti opasne mjehuriće u mozgu
- Stvorite nove uspomene, ali zadržite staro, uz malu pomoć elektroda
- Ovaj genijalni potez mogao bi vam dopustiti da pišete svojim mozgom
„Pokušavamo razriješiti razliku između elektroničkih i neuronskih krugova“, kaže Charles Lieber, nanotehnolog sa Sveučilišta Harvard i koautor studije koja je ovaj tjedan opisala uređaj u Nature Nanotechnology.
Do sada se tehnologija testirala samo u glavama živih miševa. Ali Lieber se nada da će ga u konačnici prenijeti na ljude. Njegovi su zagovornici Fidelity Biosciences, tvrtka rizičnog kapitala zainteresirana za nove načine liječenja neurodegenerativnih poremećaja poput Parkinsonove bolesti. Vojska se također zainteresirala za pružanje podrške kroz program Cyborgcell američkog ratnog zrakoplovstva, koji je usredotočen na male elektronike za "poboljšanje performansi" ćelija.
Neuronska elektronika je već stvarnost za neke ljude. Oni koji pate od jakog drhtanja ili nekontroliranog mišićnog grča mogu pronaći olakšanje električnim udarima, koji ih pružaju duge žice umočene duboko u mozak. I kvadriplegičari su naučili kontrolirati protetske udove pomoću čipova ugrađenih u mozak ili elektroda položenih na moždanu površinu.
Ali ove se tehnologije mogu koristiti samo u teškim slučajevima, jer zahtijevaju invazivne postupke. "Raniji uređaji oslanjali su se na velike posjekotine i operacije", kaže Dae-Hyeong Kim, nanotehnolog sa Nacionalnog sveučilišta u Seulu u Južnoj Koreji.
Ono što novi pristup razlikuje je izuzetna fleksibilnost sklopa. Napravljen od pramenova od metala i plastike isprepletenih poput ribarske mreže, krug je "sto tisuća puta fleksibilniji od druge elektronike koja se može implantirati", kaže Lieber. Mreža se može namotati tako da lako može proći kroz iglu štrcaljke. Jednom kada uđe u tijelo, mreža se odmotava i postaje ugrađena u mozak.
Obdukcije miševa ubrizganih otkrile su da su se žice tijekom tjedana tkale u zapetljanu tkaninu neurona. Čvrsti spojevi formirani kao plastična i moždana tvar spojena s naizgled malim negativnim utjecajem. Ta je kompatibilnost možda zato što je mreža napravljena po uzoru na trodimenzionalne skele koje su biomedicinski inženjeri koristili za uzgoj tkiva izvan tijela.
3-D slika mikroskopa pokazuje mrežicu ubrizganu u područje mozga koje se naziva lateralna klijetka. (Lieber Research Group, Sveučilište Harvard) Aktivnosti neurona mogu se pratiti pomoću mikroskopskih senzora koji su povezani u strujni krug. Detektori napona pokupili su struje generirane pojedinačnim ispaljivanjem moždanih stanica. Ti se električni signali prenose uz žicu koja izlazi iz glave u računalo.
"To bi moglo dovesti do nekih poteškoća za moždano sučelje za potrošače, " kaže Jacob Robinson, koji razvija tehnologije koje su povezane s mozgom na Sveučilištu Rice. "Uključivanje računala u mozak postaje mnogo ugodnije ako vam je potrebno nešto ubrizgati."
Za neuroznanstvenike zainteresirane za komunikaciju stanica mozga, ovaj osjetljivi alat nudi pristup dijelovima živčanog sustava koji su teško proučiti tradicionalnim tehnologijama. Primjerice, prije tri mjeseca, Lieberov je kolega ubrizgao neke svoje mreže u oči miševima, u blizini živčanih stanica koje skupljaju vizualne podatke iz mrežnice. Sondiranje tih stanica obično zahtijeva izrezivanje dijela oka. Signali prikupljeni ubrizganim mrežama do sada su ostali jaki, a miševi su zdravi.
Da bi mogao biti koristan za ljude, Lieberov će tim trebati dokazati da mreže imaju još veću dugovječnost. Prethodna neuronska elektronika patila je od problema sa stabilnošću; oni obično gube signal s vremenom dok stanice u blizini krutih uljeza umiru ili se sele. No tim je optimističan kako će se Lieber-ova mrežica pokazati više prilagođenom mozgu, jer se čini da se ćelije koje se dosad susreću ona zgužvati i prerasti u pukotine.
Slušanje moždane aktivnosti možda je samo početak - kao što je slučaj sa svakodnevnim sklopovima, različite se komponente mogu dodati za različite zadatke. U drugom pokusu, Lieberov tim ubrizgavao je krugove opremljene senzorima pritiska u rupe unutar mekog polimera. Kad se polimer stisnuo, senzori su izmjerili promjene tlaka unutar šupljina. To bi moglo biti korisno za istraživanje promjena pritiska unutar lubanje, poput onih koje se javljaju nakon traumatične ozljede glave.
Dalje niz mrežu, mreža može biti osipana uređajima za povratne informacije koji isporučuju električnu stimulaciju ili oslobađaju pakete lijekova za medicinsko liječenje. Dodajte nekoliko mikroskopskih RFID antena, a krug bi mogao biti bežičan. I ljubitelji znanstvene fantastike trebali bi plivati pri ugradnji memorijskih uređaja - sličnih RAM-u unutar računala - kako bi poboljšali svoje vlastito pamćenje.
"Moramo hodati prije nego što uspijemo trčati, ali mislimo da zaista možemo promijeniti revoluciju naše sposobnosti sučeljavanja s mozgom", kaže Lieber.
