Ученые из Северо-Западного университета представили революционную разработку в области биоэлектроники — полностью имплантируемое беспроводное устройство, способное общаться с мозгом напрямую, используя лишь свет. Мягкий и тонкий имплант, сравнимый по размеру с почтовой маркой, размещается под кожей головы на поверхности черепа. Оттуда он посылает через кость точные световые сигналы, которые активируют определенные нейроны в коре головного мозга. Ключевая инновация заключается в возможности программировать сложные последовательности из множества микросветодиодов, создавая искусственные паттерны активности, которые мозг учится распознавать как осмысленные сигналы.
В экспериментах на мышах, нейроны которых были генетически модифицированы для реакции на свет, животные успешно интерпретировали эти искусственные послания. Без помощи зрения, слуха или осязания они получали информацию, принимали на ее основе решения и выполняли поведенческие задачи, чтобы получить вознаграждение. Это доказывает, что мозг способен воспринимать и декодировать новую «сенсорную» информацию, доставляемую напрямую, в обход поврежденных или отсутствующих природных каналов.
Технология, описанная в журнале Nature Neuroscience, является эволюцией более ранних беспроводных оптогенетических систем. Если предыдущая версия позволяла контролировать одну точку в мозге, то новая платформа с массивом из 64 микросветодиодов может генерировать практически бесконечное количество комбинаций сигналов. Это позволяет имитировать распределенную активность больших нейронных сетей, что гораздо ближе к естественным процессам восприятия.
Нейробиолог Евгения Козоровицкая, руководившая экспериментальной работой, подчеркивает, что эта платформа позволяет создавать совершенно новые сигналы и наблюдать, как мозг учится их использовать, приближая науку к восстановлению утраченных функций после травм или болезней. Среди потенциальных применений — обеспечение сенсорной обратной связи для бионических протезов, создание основ для будущих зрительных и слуховых имплантов, немедикаментозное управление болью и нейрореабилитация после инсульта.
Пионер биоэлектроники Джон А. Роджерс, руководивший разработкой устройства, акцентирует его минимальную инвазивность и полную имплантируемость. Отсутствие проводов и внешнего оборудования позволяет животным, а в перспективе и людям, вести естественный образ жизни, что важно для долгосрочного использования. Устройство уже сейчас является значительным шагом вперед, ценным как для фундаментальных нейроисследований, так и для будущих клинических решений серьезных проблем со здоровьем.
Ранее Наука Mail рассказывала, что наноплатформа позволила запечатлеть звездчатые клетки мозга.
