Mis oleks, kui järgmine sõpradele sõnumite saatmise vidin ei oleks randme külge kinnitatud rihmaratas või taskusse topitud telefon, vaid aju manustatud elektrooniline seade? Nüüd on uut tüüpi paindlik vooluring jõudnud meid selle ulme tuleviku juurde ühe sammu lähemale. Süstimise teel vaid mõne millimeetri laiune juhtmete võre võib end vihjata elavatele neuronitele ja pealtkuulamisele, pakkudes elektroonikale viisi teie ajutegevusega liidestamiseks.
Seotud sisu
- Löögilained võivad tekitada ajus ohtlikke mullid
- Tehke uusi mälestusi, kuid hoidke vana, elektroodide väikese abiga
- See geeniuse insult võib lubada teil oma ajuga kirjutada
"Üritame hägustada elektrooniliste vooluahelate ja närviskeemide vahelist vahet, " ütleb Charles Lieber, Harvardi ülikooli nanotehnoloog ja sel nädalal ajakirja Nature Nanotechnology seadet kirjeldava uuringu kaasautor .
Siiani on tehnikat katsetatud ainult elusate hiirte peas. Kuid Lieber loodab selle lõpuks inimesteni viia. Tema toetajate hulka kuulub riskikapitalifirma Fidelity Biosciences, kes on huvitatud uutest viisidest selliste neurodegeneratiivsete häirete nagu Parkinsoni tõbi raviks. Sõjavägi on ka huvi üles näidanud, pakkudes tuge USA õhuväe programmi Cyborgcell kaudu, mis keskendub väikesemahulisele elektroonikale rakkude jõudluse parandamiseks.
Neuraalne elektroonika on mõne inimese jaoks juba reaalsus. Tõsise värisemise või kontrollimatu lihasspasmi all kannatavad võivad leevendust leida elektrilöökide kaudu, mis toimetatakse pikkadesse aju keermestatud juhtmete abil. Ja neljaripalikud on õppinud kontrollima proteesitavaid jäsemeid, kasutades ajusse manustatud kiipe või aju pinnale asetatud elektroode.
Kuid neid tehnoloogiaid saab kasutada ainult rasketel juhtudel, kuna need nõuavad invasiivseid protseduure. "Varasemad seadmed on toetunud suurtele sisselõigetele ja operatsioonidele, " ütleb Lõuna-Korea Souli riikliku ülikooli nanotehnoloog Dae-Hyeong Kim.
Uue lähenemisviisi erinevuseks on vooluahela erakordne paindlikkus. Valmistatud metall- ja plastikniitidest, mis on kokku kootud nagu kalavõrk, on vooluahel sada tuhat korda paindlikum kui muu siirdatav elektroonika, ”ütleb Lieber. Võrgu saab rullida nii, et see pääseb hõlpsalt läbi süstlanõela. Kui keha sees on, võrk lahti harutub ja süveneb ajusse.
Süstitud hiirte lahkamisel selgus, et juhtmed olid nädalate jooksul kootud neuronite sassis kangasse. Tihedad ühendused, mis on moodustatud plastiliselt, ja aju ained on kokku kootud, näiliselt vähese negatiivse mõjuga. See ühilduvus on võib-olla sellepärast, et võrk oli modelleeritud pärast kolmemõõtmelisi tellinguid, mida biomeditsiiniinsenerid kasutasid kehast väljapoole kudede kasvatamiseks.
3-D-mikroskoobi pilt näitab aju piirkonda, mida nimetatakse külgvatsakeseks, süstitud võrku. (Lieberi uurimisrühm, Harvardi ülikool) Neuronite aktiivsust saab jälgida ahelasse ühendatud mikroskoopiliste andurite abil. Pingedetektorid võtsid vastu üksikute ajurakkude tulistamisel tekkivaid voolusid. Need elektrilised signaalid edastati mööda peast välja jooksvat juhet arvutisse.
"See võib tarbijate aju liidesesse tungida, " ütleb Jacob Robinson, kes töötab välja tehnoloogiaid, mis liidavad ajuga Rice'i ülikoolis. "Arvuti aju külge ühendamine muutub palju meeldivamaks, kui peate vaid midagi süstima."
Ajurakkude suhtlemisest huvitatud neuroteadlastele pakub see tundlik tööriist juurdepääsu närvisüsteemi osadele, mida on traditsiooniliste tehnoloogiate abil keeruline uurida. Näiteks kolm kuud tagasi süstis üks Lieberi kolleeg mõnda oma võrku hiirte silmadesse närvirakkude lähedusse, mis koguvad võrkkestast visuaalset teavet. Nende rakkude uurimiseks on tavaliselt vaja silmaümbrus välja lõigata. Süstitud võrkude kogutud signaalid on siiani tugevad olnud ja hiired jäävad terveks.
Inimestele kasulikuks peab Lieberi meeskond siiski tõestama, et võrkude pikaealisus on veelgi suurem. Varasem neuraalelektroonika on kannatanud stabiilsusprobleemide all; aja jooksul kaotavad nad signaali, kuna jäikade sissetungijate läheduses olevad rakud surevad või rändavad minema. Kuid meeskond on optimistlik, et Lieberi võrk osutub ajusõbralikumaks, kuna seni sellega kokku puutunud rakud justkui kaisutavad ja kasvavad selle lünkadesse.
Aju aktiivsuse kuulamine võib olla alles algus - nagu igapäevaste vooluringide puhul, võib erinevate ülesannete jaoks lisada erinevaid komponente. Ühes teises katses süstis Lieberi meeskond rõhuanduritega varustatud vooluringid pehme polümeeri aukudesse. Kui polümeer pigistati, mõõtsid sensorid rõhu muutusi õõnsuste sees. See võib olla kasulik kolju sisemiste rõhumuutuste uurimisel, nagu need, mis tekivad pärast traumaatilist peavigastust.
Edasi võib võrgu naasta tagasisideseadmetega, mis tarnivad elektrilisi stimulatsioone või vabastavad ravipakenditest ravimeid. Lisage paar mikroskoopilist RFID-antenni ja vooluring võib minna traadita. Ja sci-fi-fännid peaksid oma mälestuste parandamiseks mõtlema mälumäluseadmete installimisele - sarnaselt arvuti sees olevale RAM-ile -.
"Enne joosta peame kõndima, kuid arvame, et võime ajuga liidestamise võime tõesti revolutsiooniliselt muuta, " ütleb Lieber.
