Ce se întâmplă dacă următorul gadget pentru a trimite mesaje prietenilor tăi nu ar fi un ceas legat de încheietura mâinii sau un telefon înfipt în buzunar - ci un dispozitiv electronic încorporat în creierul tău? Acum, un nou tip de circuit flexibil ne-a adus cu un pas mai aproape de acest viitor science fiction. Implantată prin injecție, o grilă de fire numai la câțiva milimetri peste poate insinua cu neuroni vii și cu fundul de pe stâlpul lor, oferind o modalitate pentru ca electronica să interfețe cu activitatea creierului tău.
Continut Asemanator
- Valurile de șoc pot crea bule periculoase în creier
- Creați amintiri noi, dar păstrați-l pe vechi, cu un mic ajutor de la electrozi
- Această lovitură de geniu v-ar putea permite să scrieți cu creierul vostru
„Încercăm să estompăm distincția între circuitele electronice și circuitele neuronale”, spune Charles Lieber, un nanotehnolog la Universitatea Harvard și coautor al unui studiu care descrie dispozitivul în această săptămână în Nature Nanotechnology.
Până acum tehnologia a fost testată doar în capul șoarecilor vii. Dar Lieber speră să le transmită în cele din urmă oamenilor. Fundașii săi includ Fidelity Biosciences, o firmă de capital de risc interesată de noi modalități de a trata tulburările neurodegenerative, cum ar fi boala Parkinson. De asemenea, armata s-a interesat, oferind sprijin prin programul Cyborgcell al Forțelor Aeriene ale SUA, care se concentrează pe electronice la scară mică pentru „îmbunătățirea performanței” a celulelor.
Electronica neuronală este deja o realitate pentru unii oameni. Cei care suferă de tremurături severe sau de spasme musculare necontrolate pot găsi alinare prin șocuri electrice, care sunt livrate prin fire lungi filetate adânc în creier. Iar cvadriplegicii au învățat să controleze membrele protetice folosind cipuri încorporate în creier sau electrozi așezați pe suprafața creierului.
Dar aceste tehnologii pot fi utilizate doar în cazuri severe, deoarece necesită proceduri invazive. „Dispozitivele anterioare s-au bazat pe incizii și intervenții chirurgicale mari”, spune Dae-Hyeong Kim, nanotehnolog la Universitatea Națională din Seul din Coreea de Sud.
Ceea ce face ca noua abordare să fie diferită este flexibilitatea excepțională a circuitului. Fabricat din șuvițe din metal și plastic țesute împreună ca plasa de pescuit, circuitul este „sute de mii de ori mai flexibil decât alte electronice implantabile”, spune Lieber. Plasa poate fi rulată astfel încât să poată trece cu ușurință printr-un ac de seringă. Odată ajuns în interiorul corpului, plasa se desfășoară de la sine și devine încorporată în creier.
Autopsiile șoarecilor injectați au dezvăluit că firele s-au țesut în țesătura încurcată a neuronilor de-a lungul săptămânilor. Conexiunile strânse formate sub formă de plastic și creier sunt împletite împreună cu un impact negativ aparent puțin. Această compatibilitate se datorează poate faptului că plasa a fost modelată după schele tridimensionale utilizate de inginerii biomedicali pentru a crește țesuturi în afara corpului.
O imagine la microscop 3-D arată ochiurile injectate într-o regiune a creierului numită ventriculul lateral. (Lieber Research Group, Universitatea Harvard) Activitățile neuronilor ar putea fi monitorizate folosind senzori microscopici conectați în circuit. Detectoarele de tensiune au preluat curenții generați de arderea celulelor creierului individuale. Aceste semnale electrice au fost transmise de-a lungul unui fir care ieșea din cap către un computer.
"Acest lucru ar putea face unele incursiuni către o interfață creier pentru consumatori", spune Jacob Robinson, care dezvoltă tehnologii care interfață cu creierul de la Universitatea Rice. „Conectarea computerului la creier devine mult mai plăcută dacă tot ce trebuie să faci este să injectezi ceva.”
Pentru neurologii interesați de modul în care celulele creierului comunică, acest instrument sensibil oferă acces la părți ale sistemului nervos dificil de studiat cu tehnologiile tradiționale. Acum trei luni, de exemplu, un coleg al lui Lieber și-a injectat câteva plase în ochii șoarecilor, în apropierea celulelor nervoase care adună informații vizuale de la retină. Cercetarea acestor celule necesită de obicei tăierea unei bucăți a ochiului. Semnalele colectate de plasele injectate au rămas puternice până în prezent, iar șoarecii rămân sănătoși.
Pentru a fi util pentru oameni, însă, echipa lui Lieber va trebui să demonstreze că plasele au o longevitate și mai mare. Electronica neurală anterioară a suferit probleme de stabilitate; ei tind să piardă semnalul în timp, deoarece celulele din apropierea intrusilor rigizi mor sau migrează. Dar echipa este optimistă, prin faptul că ochiurile lui Lieber se vor dovedi mai prietenoase cu creierul, deoarece celulele care îl întâlnesc până acum par să se înghesuie și să crească în golurile sale.
Ascultarea activității creierului poate fi doar începutul, la fel ca în circuitele de zi cu zi, diferite componente pot fi adăugate pentru diferite sarcini. Într-un alt experiment, echipa lui Lieber a injectat circuite echipate cu senzori de presiune în găuri din interiorul unui polimer moale. Când polimerul a fost stors, senzorii au măsurat modificările de presiune în interiorul cavităților. Acest lucru ar putea fi util pentru investigarea modificărilor de presiune din interiorul craniului, cum ar fi cele care apar după o leziune traumatică la nivelul capului.
Mai departe, rețeaua poate fi montată cu dispozitive de feedback care oferă stimulare electrică sau eliberează pachete de medicamente pentru tratament medical. Adăugați câteva antene microscopice RFID și circuitul ar putea merge fără fir. Și fanii de ficțiune ar trebui să saliveze la gândirea instalării dispozitivelor de stocare a memoriei - similar cu memoria RAM în computere - pentru a-și îmbunătăți propriile memorii.
„Trebuie să mergem înainte să putem alerga, dar credem că putem revoluționa cu adevărat capacitatea noastră de a interfața cu creierul”, spune Lieber.
