Американским ученым удалось создать сетку из гибких проводов и электронных компонентов, которую можно ввести с помощью шприца непосредственно в мозг. Набор гибкой электроники способен подключаться к нервным клеткам без вреда для их здоровья — чтобы следить за их состоянием или даже воздействовать на них (для лечения болезни Паркинсона, например). О новой технологии сообщается в журнале Nature Nanotechnology.
Понимание того, как активность отдельных нейронов приводит к высшим формам нервной деятельности (восприятие, мышление, эмоции), является важнейшей проблемой нейрофизиологии. С точки зрения технологии, для ее решения нужны устройства, ведущие мониторинг тысяч и миллионов клеток одновременно. Однако современные имплантанты тяжело вводить в мозг, а их электроды воспринимаются как чужеродное тело и вызывают раздражение. В конечном счете устройства зарастают тканями и изолируются от нейронов.
Химик Чарльз Либер (Charles Lieber) из Гарварда снял эти препятствия, разработав трехмерную сетку из сплава хрома и платины, вместе с полимерным покрытием для защиты электродов от коррозии. Сетка достаточно гибкая, чтобы уместиться в тонкой игле шприца. После попадания в мозг сетка из 16 электронных компонентов возвращается в исходную форму. Она на 90 процентов состоит из пустот: благодаря этому клетки мозга воспринимают ее как нейтральный каркас и свободно размещаются в ней. За пять недель опытов не было замечено никакой повышенной иммунной реакции на сетку — мозг не воспринимает ее как инородное тело.
Свои опыты ученые проводили на мышах, помещенных под наркоз. Им удалось следить за отдельными нейронами и стимулировать их. После инъекции успешно работало 90 процентов устройств.
На следующем этапе Либер планирует имплантировать крупные сетки из сотен электронных компонентов, и следить за активностью нейронов в мозгах бодрствующих особей. Для этого придется или зафиксировать их головы, или создать новые технологии беспроводной связи для слежения за нейронами свободно двигающихся животных. Кроме того, ученые собираются ввести устройство в мозг новорожденных мышат: по мере их роста сетка будет разворачиваться, захватывая все больше нейронов.
Однако новая технология может найти применение не только в нейрофизиологии и медицине: Либер также вводил сетки в различные синтетические материалы (например, пустоты в силиконовом каучуке). Инъецируемая электроника также может пригодиться для мониторинга состояния зданий и мостов с помощью введения в полости датчиков коррозии и давления.
Схематическое изображение опытов Либера
Изображение: Lieber Research Group / Harvard University