Револуционерен имплант го учи мозокот да „чита“ светлина како ново сетило
Мозочен имплант од нова генерација, развиен од научници на Универзитетот Нортвестерн, отвора сосема ново поглавје во невронауката и биоелектрониката. Овој мал, мек и безжичен уред е способен да испраќа светлосни пораки директно до мозокот, учејќи го да ги толкува овие вештачки сигнали како нови, досега непознати сензации. Технологијата успешно ги заобиколува традиционалните сетилни патишта како допир, вид или слух, и наместо тоа, воспоставува директна комуникација со невроните. Во експериментите, глувците научиле да ги разбираат овие светлосни шеми како значајни сигнали, што претставува огромен чекор напред кон создавање напредни протези и развој на нови терапии за невролошки состојби.
Како функционира технологијата за светлосна комуникација?
Основата на овој пробив лежи во технологијата позната како оптогенетика, каде невроните се генетски модифицирани за да реагираат на светлина. Самиот уред е тенок, флексибилен и целосно вградлив, со големина на поштенска марка и потенок од кредитна картичка. За разлика од претходните, поинвазивни методи кои бараа вметнување сонди директно во мозочното ткиво, овој нов имплант се поставува под скалпот, нежно прилепувајќи се на површината на черепот.
Од оваа позиција, уредот користи низа од микро-ЛЕД диоди за да емитува прецизно контролирани светлосни шеми низ коската. Истражувачите откриле дека црвената светлина има способност да пенетрира низ ткивото доволно длабоко за да ги активира целните неврони во мозочната кора (кортексот) без потреба од физички контакт. Овој транскранијален пристап е значително помалку инвазивен и им овозможува на животните да се однесуваат природно, без ограничувања од кабли или надворешен хардвер.
Еволуција на технологијата: Од еден до 64 светлосни сигнали
Ова истражување, објавено во престижното списание Nature Neuroscience, се надоврзува на претходниот пробив на истиот тим од 2021 година. Тогаш, тие го претставија првиот целосно вградлив и безжичен уред кој користеше само една микро-ЛЕД диода за да влијае на социјалното однесување кај глувците. Иако беше револуционерен, тој систем можеше да стимулира само една мала, изолирана регија на мозокот.
Новиот уред претставува квантен скок во комплексноста. Наместо еден, тој користи низа од дури 64 програмабилни микро-ЛЕД диоди, секоја со големина на влакно од човечка коса. Секоја од овие диоди може да се контролира независно и во реално време, овозможувајќи создавање на сложени светлосни секвенци.
За да ја разбереме разликата во капацитетот, да направиме споредба:
- Стариот уред (1 ЛЕД): Може да испрати само еден тип на сигнал (вклучено/исклучено) до една точка.
- Новиот уред (64 ЛЕД): Бројот на можни комбинации на шеми што може да се генерираат со 64 независни светлосни извори е астрономски. Математички, тоа е 2 на 64-ти степен, што е повеќе од 18 квинтилиони (18,000,000,000,000,000,000) различни можни сигнали.
Оваа способност за генерирање на дистрибуирани шеми е клучна, бидејќи природните сетилни искуства во мозокот активираат широки мрежи на неврони, а не само изолирани точки. Со тоа, новиот имплант многу поверно го имитира начинот на кој мозокот природно функционира.
Иднината и примената на новиот мозочен имплант
За да ја тестираат ефикасноста на системот, истражувачите тренирале глувци да поврзат одредена светлосна шема, емитувана низ четири различни кортикални регии, со награда. Животните брзо научиле да ја препознаваат целната шема помеѓу многу други алтернативни сигнали. Кога ќе го „прочитале“ точниот вештачки сигнал, тие се движеле до соодветното место во комората за да ја добијат наградата. Ова однесување било јасен доказ дека мозокот не само што го примил сигналот, туку и научил да го толкува како значајна информација.
Потенцијалните примени на оваа технологија се огромни и би можеле да го трансформираат полето на медицината:
- Напредни протези: Обезбедување на сетилна повратна информација за протетски екстремитети, овозможувајќи им на корисниците да „чувствуваат“ допир или текстура.
- Враќање на сетилата: Создавање вештачки влезови за идни протези за вид или слух, заобиколувајќи ги оштетените органи.
- Рехабилитација: Подобрување на моторната контрола и закрепнување по мозочен удар или повреда преку директна стимулација на мозокот.
- Контрола на болка: Модифицирање на перцепцијата на болка без потреба од лекови, преку таргетирање на центрите за болка во мозокот.
„Нашата технологија ни дава начин директно да се вклучиме во процесот со кој мозокот ја претвора електричната активност во искуства“, изјави невробиологот Евгенија Козоровицки, која го водела експерименталниот дел од студијата. „Оваа платформа ни овозможува да создадеме целосно нови сигнали и да видиме како мозокот учи да ги користи.“
Тимот сега планира да тестира уште пософистицирани шеми за да утврди колку различни сигнали мозокот може сигурно да научи да ги разликува. Идните верзии на уредот може да вклучуваат уште повеќе ЛЕД диоди, поголеми низи кои покриваат пошироки делови од мозокот и употреба на бранови должини на светлина кои продираат уште подлабоко во ткивото. Овој мал имплант не е само уред; тој е прозорец кон разбирање на основните принципи на перцепција и чекор поблиску до враќање на изгубените функции кај луѓето.
