Для стимуляции конкретных отделов мозга обычно используются нейроимпланты. Для их установки необходимо просверлить часть черепа и установить электроды напрямую в мозг. Но, вместо того чтобы сверлить череп и устанавливать электроды в мозг, можно использовать новое гибкое устройство. Имплант плотно прилегает к поверхности черепа, повторяет его форму и стимулирует участки мозга светом, что проходит сквозь кость. Нюанс – нужно генетически отредактировать нейроны.

Оптогенетика и регенерация

При потере конечностей, протезы могут восстановить функциональные способности. Те же протезы рук, которые сами контролируют силу захвата. Такие протезы безусловно полезны, но они не могут передавать сенсорную информацию о текстуре, влажности и плотности материалов, как это делает наша кожа.

Первое в своем роде оптогенетическое устройство из Северо-Западного университета рядом с Чикаго предлагает альтернативу. Нейроимплант, размером с ключ от дома и тоньше монеты, устраняет необходимость в трепанации черепа. Установка минимально инвазивна, так как устройство вживляется под кожу головы. Хотя, в случае утраченных конечностей, можно восстановить нейронную связь.

Нейробиологи прикладывают мягкий, гибкий «нейро-ключ» к поверхности черепа, откуда сам имплант направляет активирующий нейроны световой луч, непосредственно через череп в кору головного мозга. Буквально хакнув эволюционно развитые сенсорные каналы.

Имплант мозга, оптика и редактирование генома

В готовящейся к публикации научной статье в журнале Nature Neuroscience ученые описывают, как в экспериментах на моделях мозга мышей нейро-ключ точно активировал группы нейронов. Но сами нейроны были модифицированы геном светочувствительных водорослей. Мыши, которые не могли видеть, слышать или чувствовать, быстро научились интерпретировать световые сигналы для выполнения различных задач.

Наш мозг постоянно преобразует электрическую активность в ощущения. А эта технология дает возможность напрямую вмешаться в этот процесс. Имплантируемая платформа позволяет создать совершенно новые тип сигналов, достаточно сильный и конкретный для того, чтобы мозг научился их использовать. Технология приближает нас к восстановлению утраченных чувств после травм или болезней, а также открывает окно в понимание основных принципов, позволяющих нам воспринимать мир.
Руководитель эксперимента Евгения Козоровицкая, профессор нейробиологии.

Для работы оптогенетических имплантатов необходима генетическая модификация нейронов, поэтому они пока не одобрены для использования у человека. В то же время, если говорить про конечности, то можно вживить в остатки нервной ткани специальные магниты. А сами протезы устанавливать «поверх тела», минимально инвазивно для человека.

От улучшения имплантов к регенеративной медицине

Нейро-ключ рассматривается как потенциальный инструмент для людей, потерявших способность видеть, слышать или чувствовать. А именно, работая в паре с устройствами, способными передавать информацию, стимулирующую те же нейроны, которые получают информацию от наших глаз, ушей и кожи.

Это уже потенциал для реабилитации, особенно после неврологических последствий инсульта, а также возможности для более точечного управления роботизированными руками, кистями, ногами и ступнями.

Также технологию можно использовать для облегчения хронической боли. Нейро-ключ может управлять ощущением боли без побочных эффектов и риска привыкания, связанного с опиоидами и системно потребляемыми препаратами, наравне с новыми поколениями обезболивающих.

Светодиоды и стимуляция мозга

В первой статье команда использовала один микро-светодиод. Но уже отмечают, что новый подход с массивом из 64 микро-светодиодов создает практически бесконечное количество паттернов, различающихся по «частоте, интенсивности и временной последовательности». Управление каждым светодиодом в реальном времени позволяет передавать сложные световые паттерны в мозг, чтобы имитировать сенсорный опыт распределенной нейронной активности, а не узкой, локализованной активации.

Разработка этого устройства потребовала от нас переосмысления подхода к доставке направленной стимуляции в мозг в формате, который был бы одновременно минимально инвазивным и полностью имплантируемым. Благодаря интеграции мягкой, гибкой матрицы [до 64] микро-светодиодов, каждый из которых диаметром в человеческий волос, с модулем управления и беспроводным питанием, мы создали систему, которую можно программировать в режиме реального времени. При этом система остается под кожей, без какого-либо заметного влияния на естественное поведение субъектов.
Комментарий ученых.

По словам ученых, конструктивные особенности нейроключа это сам по себе «значительный шаг в создании устройств, которые могут взаимодействовать с мозгом без необходимости использования громоздких проводов или внешнего оборудования», и представляют ценность не только для нейробиологических исследований, но и потенциально могут улучшить здоровье человека.

И традиционно, для тех, кто ищет больше материалов о трансгуманизме, киберпанке, здоровом улучшении и расширении возможностей организма – приглашаю в сообщество Neural Hack. Подписывайтесь, чтобы первыми получать свежие материалы!