Исследователи из Университета Пердью представили концептуально новый подход к созданию нейроинтерфейсов. Вместо вживления традиционных жёстких электродов ученые предлагают «выращивать» проводящие структуры непосредственно внутри мозговых тканей, используя естественные биохимические процессы организма.
Механизм действия напоминает локальное производство: после введения специального химического прекурсора белки крови, в частности гемоглобин, провоцируют реакцию синтеза. В результате вокруг нейронов формируется эластичная проводящая сеть, которая идеально повторяет анатомические особенности ткани и сохраняет подвижность вместе с ней.
Отличительной чертой данной технологии является возможность дистанционного управления активностью мозга с помощью ближнего инфракрасного излучения. Световые импульсы, воздействуя на сформированную биоструктуру, позволяют локально и обратимо угнетать нейронную активность, обеспечивая прецизионную настройку работы отдельных областей мозга без необходимости прямого электростимулирующего воздействия.
Руководитель проекта Кришна Джаянт подчеркивает, что конечная цель разработки — создание нейроинтерфейсов, которые формируются из собственных биоресурсов пациента, исключая необходимость в громоздких проводах и травматичных хирургических вмешательствах.
Хотя современные нейроимпланты уже успешно применяются для реабилитации пациентов с параличом или депрессией, их конструкция на основе жестких микрочипов зачастую становится причиной воспалительных процессов, рубцевания тканей и постепенного угасания сигнала. Фундаментальный конфликт между жесткостью электронных компонентов и деликатной структурой мозга является главным барьером нейроинженерии.
Разработка команды Пердью привносит свежий взгляд в область мягкой биоэлектроники. В отличие от предшествующих аналогов — шёлкоподобных покрытий или микроустройств, требующих предварительной сборки вне организма — данный метод делегирует «строительные» задачи самому телу. Соавтор исследования Санкет Самал отмечает: инновация заключается в использовании внутренней биохимии как катализатора, позволяющего организму самостоятельно выполнять сложную сборку.
Первичные испытания подтвердили эффективность метода: структура формировалась при нормальной температуре тела в течение суток. Опыты на эмбрионах рыбок данио продемонстрировали высокую выживаемость, подтверждая низкий уровень токсичности. В ходе экспериментов на мышах инъекция в моторную кору позволила создать сеть, которая успешно интегрировалась с нейронной активностью, не вызывая при этом перегрева или воспалений.
Особую научную значимость имеет взаимодействие сети с дендритами — разветвленными отростками нейронов, отвечающими за интеграцию информации. Под воздействием ИК-излучения ученым удавалось временно подавлять активность подопытных мышей, что временно затрудняло выполнение ими усвоенных навыков. После прекращения облучения функции полностью восстанавливались, что свидетельствует о безопасности и обратимости процесса.
Отсутствие негативных иммунных реакций и побочных эффектов открывает широкие перспективы для лечения эпилепсии, болезни Паркинсона и других патологий, сопровождающихся гиперактивностью нейронных цепей. Несмотря на ранний этап исследований, ученые видят большой потенциал в масштабировании технологии на спинной мозг и ткани сердца, а также в интеграции магнитных материалов для более сложного контроля нейронных сетей в будущем.
Источник: iXBT
