Учёные разработали киберэмбрионы с гибкими нейронными сенсорами в формирующемся мозге

Ученые из Гарвардского университета внедрили гибкие электронные сети в развивающийся мозг эмбрионов лягушек, аксолотлей и мышей. Эти мягкие сенсоры интегрируются в мозг на этапе, когда он еще является плоским слоем клеток, и затем разворачиваются вместе с тканью в полноценную трехмерную структуру. Впервые разработка предоставляет возможность непрерывного отслеживания активности нейронов в миллисекундном диапазоне на протяжении всего эмбрионального развития.

Исследователи уточняют, что их работа не связана с людьми: «Мы не говорим об имплантации в человеческие эмбрионы — это этически неприемлемо и не является нашей целью», — отмечает руководитель проекта, доцент биоинженерии Гарварда Цзя Лю. Вместе с тем, он подчеркивает, что подобные технологии могут оказаться полезными для изучения и, возможно, коррекции нейроразвития у детей в будущем, особенно в случаях, когда важно учесть рост мозга.

Проект основан на предыдущих достижениях команды — сверхтонких гибких зондов, разработанных еще в 2015 году. Однако ранние версии оказались недостаточно мягкими: при внедрении повреждали ткани. В новом исследовании вместо обычных полимеров применены фторированные эластомеры — материалы, способные растягиваться и не мешать динамике развивающегося мозга. Толщина всей сетки составляет менее 1 мкм.

Устройства прошли испытания на головастиках лягушек и аксолотлей. В обоих случаях сенсоры надежно фиксировали электрические импульсы нейронов в различных зонах мозга, не нарушая поведение животных и не вызывая стрессовой реакции. Головастики с датчиками проявляли обычное избегающее поведение, например, уверенно уклонялись от приближающихся объектов. У мышей и новорождённых крыс технологии также продемонстрировали стабильную работу.

Новые данные впервые позволяют наблюдать, как меняется характер нейронной активности в процессе развития мозга. Изначально наблюдались медленные синхронные сигналы, охватывающие весь мозг, но со временем активность становилась более локальной, быстрой и разнообразной — с четким разделением по зонам и отдельным клеткам. Это может быть полезно не только для нейробиологии, но и для разработки новых алгоритмов машинного обучения, считают авторы.

Особый интерес вызвали аксолотли — амфибии, способные к регенерации частей тела, включая нервную систему. При повреждении хвоста у таких головастиков сильно возрастала активность мозга, напоминая ранние стадии развития. Это может свидетельствовать о роли мозга в запуске восстановительных процессов и открывает перспективы для исследований в области регенеративной медицины.

Источник: iXBT