Когда Илон Маск презентовал Neuralink, внимание было сосредоточено не на характеристиках самого микрочипа, а на том, как упростить его имплантацию до уровня визита к стоматологу. Исследователи из Массачусетского технологического института пошли дальше, создав нейропроцессоры, вводимые в кровоток посредством обычной инъекции и способные самостоятельно осесть в мозге. Первоначальная задача — лечение психических расстройств, однако возможности технологии гораздо шире.
Инъекционные нейронные процессоры
Команда учёных из MIT последние шесть лет интегрирует и дорабатывает ряд прорывных методик, создавая платформу Circulatronics для терапии разнообразных неврологических и психических заболеваний. Итоговая система превосходит по эффективности классические методы и исключает риск хирургии.
Circulatronics сочетает миниатюрные электронные компоненты с природными механизмами транспортировки в организме, позволяя внедрять биоэлектронику без разрезов и наркоза при сохранении эффективности современных форм лечения.
Метод основан на точечной электростимуляции участков головного мозга, которая уже применяется для терапии болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и онкологических новообразований.
Проблемы инвазивной электростимуляции
Традиционно для стимулирования определённых зон или мониторинга эпилептических очагов внедряют электроды через череп, что чревато инфекциями и травмами ткани. Процедуры дороги и малодоступны, хотя в мире до трёх миллиардов человек сталкиваются с неврологическими недугами.
Интегрированное решение MIT устраняет эти ограничения: вместо массивных устройств применяют субклеточные беспроводные электронные модули (БЭУ), вводящиеся обычной внутривенной инъекцией и автономно мигрирующие в нужные участки мозга, где они получают энергию и проводят стимуляцию без внешних соединений.
Подробное описание Circulatronics представлено в этой статье. Ведущий автор, Деблина Саркар, возглавляет Лабораторию нанокибернетического биотрекинга MIT и совместно с исследователями из Уэллсли и Гарварда участвовала в разработке проекта. Её комментарии доступны в этом видео.
Механизм доставки: чипы и биологический транспорт
Концепция Circulatronics базируется на синергии двух элементов: функциональных наночастиц, реагирующих на внешние стимулы, и их гармоничной интеграции в обменные процессы организма.
Наночипы SWED для селективной стимуляции
Речь идёт о наночипах SWED, сопоставимых по объёму с миллиардной долей рисового зерна. Они состоят из тончайших слоёв органических полупроводников, заключённых между металлическими плёнками, что позволяет им крепиться к кровяным клеткам.
SWED оснащены фотоконверторами, превращающими свет в электричество. Достаточно направить через череп инфракрасный лазер, чтобы запитать эти устройства.
Наночастицы генерируют нановаттные импульсы, обеспечивая высокоточную стимуляцию глубоких структур мозга.
Биологическая интеграция через иммунные клетки
Для доставки SWED в мозг наночипы покрывают моноцитами — клетками иммунной системы, создавая органоэлектронный гибрид. Моноциты легко преодолевают гематоэнцефалический барьер и нацеливаются на зоны воспаления.
Воспаление признаётся ключевым фактором при многих неврологических патологиях: ослабленный ГЭБ и воспалительные реакции усугубляют шизофрению, а депрессия рассматривается как следствие неврологического воспаления. Физические нагрузки подтверждённо снижают воспаление и улучшают состояние.
Органоэлектронный гибрид направляется к очагам воспаления, беспрепятственно проходит через ГЭБ без риска отторжения и самостоятельно внедряется в нужные участки мозга.
Фокусированная нейромодуляция без хирургии
После имплантации гибридных наночипов стимуляция выполняется внешним лазерным излучением: без сверления черепа и проводов. Этот метод, называемый фокальной нейромодуляцией, позволяет прицельно корректировать активность нейронов.
Концепцию протестировали в два этапа на мышах: сначала индуцировали локальное воспаление в мозге грызунов, затем вводили гибридные агенты в кровоток и через 72 часа подтвердили их локализацию в нужной зоне.
На втором этапе мышей облучали ближним инфракрасным лазером, после чего оценивали экспрессию c-Fos — маркёра нейрональной активности. Результаты показали значительное увеличение числа c-Fos-позитивных клеток в пределах 30 мкм от воспаления, подтверждая высокоточность стимуляции.
Перспективы и дальнейшие шаги Circulatronics
Circulatronics упрощает сложную терапию, делая её более доступной. Саркар и её команда расширяют использование гибридных агентов для борьбы с опухолями мозга, болезнью Альцгеймера, хронической болью и другими патологиями. Параллельно исследуют встраивание дополнительных наноэлектронных модулей в SWED, что позволит создать сенсорные функции и в перспективе синтетические электронные нейроны вместо алмазных элементов или мемристоров.
Кроме неврологии, гибридный рой наночипов можно направить на терапию других органов и даже для установки беспроводных кардиостимуляторов.
Наработки переданы стартапу Cahira Technologies, выделившемуся из MIT. Запланировано завершение клинических испытаний в ближайшие три года, а последующие процедуры регуляторного одобрения займут ещё несколько лет, но открывают новое будущее медицины.
Более подробная информация о грани современной науки и футуризма доступна в сообществе Neural Hack. Технологическая Сингулярность ещё не наступила, но её очертания уже различимы.
