Когда Илон Маск представил проект Neuralink, по вживлению чипов в мозг, то суть презентации была даже не в самом чипе. Нюанс в том, что мало сделать просто «классный» чип, важно облегчить саму процедуру имплантации, чтобы она была чем-то вроде визита к стоматологу. Ученые из MIT пошли еще дальше, разработав нейрочипы, которые доставляются в мозг внутри кровотока, а попадают в организм через инъекцию. Приоритетная цель – лечение психических заболеваний. Но, кто знает.
Чипы в мозг через инъекции
Группа исследователей Массачусетского технологического института (MIT) в течение последних шести лет совершенствовала и объединяла несколько передовых технологий, чтобы создать революционную платформу для лечения широкого спектра неврологических и психических заболеваний. Готовый продукт не только эффективнее традиционных методов, но и исключает необходимость в сложных процедурах, сопряженных с рисками для здоровья.
Технологию назвали Circulatronics. Её суть – в совместном использовании электроники и биологической транспортной системы для имплантации биоэлектроники в организм. Это полностью исключает необходимость хирургического вмешательства, и вместе с тем эквивалентна эффективности современных форм лечения.
Технология основана на использовании целенаправленной электростимуляции мозга при различных заболеваниях. В последние годы сам подход по использованию электростимуляции применяется для лечения болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и опухолей головного мозга.
Сложности электрической стимуляции мозга
Обычно для электростимуляции участков мозга, или даже для мониторинга активности для выявления очага эпилепсии, требуется инвазивная операция по вживлению электродов в мозг. А это сопряжено с риском инфицирования и возможного повреждения мозговой ткани. Кроме того, такие операции дороги и труднодоступны, а ведь неврологическим расстройствам потенциально подвержены примерно 3 миллиарда человек.
Интегрированная технология полностью устраняет озвученные проблему. Вместо чипа используются беспроводные электронные устройства субклеточного размера (БЭУ), которые можно доставить в мозг с помощью инъекции в руку. После инъекции эти крошечные чипы автономно имплантируются в целевые области мозга и самостоятельно получают энергию, стимулируя пораженные участки.
Циркулатроника, как технология, описана в этой статье. Старший автор статьи Деблина Саркар возглавляет Лабораторию нанокибернетического биотрека в Массачусетском технологическом институте и сотрудничала в работе с другими исследователями из Массачусетского технологического института, колледжа Уэллсли и Гарвардского университета. Её прямая речь доступна в этом видео.
Чипы, мозг и транспортная система
Суть циркулатроники сразу в двух технологиях, которые удалось объединить в одном проекте. Это и технологический аспект самих частиц, способных реагировать под внешними стимулами. И их интеграция в биологические процессы организма.
Чипы SWED для стимуляции зон мозга
Во-первых, сами чипы [SWED], размер которых просто крошечный. Если проводить сравнения, то один чип – это примерно одна миллиардная часть рисового зерна. Они изготовлены из слоёв органических полупроводниковых полимеров, расположенных между металлическими слоями. Достаточно крошечные, чтобы прикрепиться к циркулирующей клетке крови.
SWED разработаны для беспроводного сбора энергии, используя преобразование света в электричество. Это значит, что их можно запитать от внешнего источника света, например, от лазера ближнего инфракрасного диапазона, свет которого может проходить сквозь череп.
Эти устройства способны сверхточно стимулировать глубокие зоны головного мозга. При этом устройства способны генерировать электричество в пределах нано-ватт, за счет чего и осуществляется стимуляция мозга.
Интеграция с бионикой
Чтобы направить SWED в мозг, их объединяют с клетками иммунитета – моноцитами, а полученный продукт и есть гибрид органики и электроники. Эти клетки способны безопасно преодолевать гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) и естественным образом стремятся к очагам воспалений.
Именно воспалительные процессы рассматриваются все чаще, как потенциальная мишень для терапии многих неврологических заболеваний. В частности, именно воспаления служат маркером истонченности того же ГЭБа, разгоняя симптомы шизофрении. А приоритетные теории рассматривают депрессию как результат не просто «перебоя в нейромедиаторах», а системное воспаление в мозге. Причем физические нагрузки объясняют корреляцию со снижением воспалений и улучшением самочувствия.
Поэтому гибрид техники и органики естественным образом находит путь к очагам воспалений в мозге, имплантируется в них и приступает к работе. При этом, что самое главное, он без вредя для ГЭБа проходит через него, не подвергаясь атаке со стороны иммунной системы организма. А дальше чипы самостоятельно имплантируются в целевые области мозга.
Глубинная стимуляция мозга и нейроимпланты
После имплантации гибридного устройства в целевую область SWED активируется лазером извне. Никаких проводов, никакой необходимости «сверлить череп». Свет лазера вызывает электрическую стимуляцию, необходимую для целенаправленной коррекции активности нейронов в очень небольшой целевой области мозга. А весь этот процесс называется фокальной нейромодуляцией.
Саму технологию тестировали в два этапа на мышах, чтобы убедиться в безопасности и эффективности концепции. Сперва тестировалась именно доставка чипов к очагам воспалений. Для этого исследователи сначала создали небольшую воспалённую область в глубине мозга мышей.
Гибридов вводили непосредственно в кровеносную систему мышей. И после 72 часов ожидания, необходимых для того, чтобы гибридные импланты смогли добраться до клетки и имплантироваться, ученые обнаружили, что большая часть экспериментальных электронных компонентов успешно достигла очага воспаления.
Затем мышей с успешно имплантированными гибридными чипами подвергли беспроводной оптической стимуляции с помощью лазера ближнего инфракрасного спектра. Исследователи искали c-Fos, белок, который служит маркером новых активных клеток мозга, чтобы проверить эффективность стимуляции. Итого, у мышей с имплантированными гибридными чипами четко обозначилось большее количество активированных c-Fos-положительных клеток мозга. Более того, активация была очень сфокусированной, в пределах всего 30 мкм от воспаленной области.
Результат интеграции гибридных наночипов в мозг
Такая технология упрощает методы лечения, делая их доступнее для гораздо большего числа людей. Деблина Саркар и её команда продолжают развивать технологию Circulatronics, ориентируя гибридных ботов для лечения рака мозга, болезни Альцгеймера, хронической боли и других заболеваний. Ученые также изучают способы интеграции дополнительных наноэлектронных схем в свои SWED. Это позволит наладить сенсорику, а в перспективе и создание синтетических электронных нейронов. Взамен нейронов из алмазов или обратно-построенных мемристоров, в которых уже клетки мозга млекопитающих рассматриваются как элемент для процессоров.
Ученые также рассматривают технологию куда шире, чем «лечение неврологических заболеваний». Потенциал куда шире, и этот рой гибридных чипов можно направить на другие органы вплоть до установки беспроводных кардиостимуляторов.
Когда технологию можно будет использовать на практике? Ученые передали наработки в стартап Cahira Technologies, отделившийся от Массачусетского технологического института. Усилия бизнес-команды направлены на то, чтобы Циркулатроника в течение трёх лет прошла клинические испытания. Ещё несколько лет потребуется на процедуру одобрения, прежде чем технология станет коммерчески доступной. Да, это займёт какое-то время, и перспективы того стоят.
Традиционно, больше материалов про тонкую грань между современной наукой и фантастикой, с ссылками на исследования – вы найдете в сообществе Neural Hack. У нас еще не технологическая Сингулярность, но её отсюда видно.
Источник: habr.com
