Создан инъекционный рой наносенсоров, считывающих мозг

Создан инъекционный рой наносенсоров, считывающих мозг

Соразмерные с клетками наносенсоры, метко названные аббревиатурой Neurophotonic Solution-dispersible Wireless Activity Reporters for Massively Multiplexed Measurements (NeuroSWARM3) – нейрофотонический раствор диспергированных «репортеров» беспроводной активности для массовых мультиплексных измерений (swarm – рой, стая), которые могут преодолеть гематоэнцефалический барьер (отделяющий кровь от цереброспинальной жидкости и внутренней среды центральной нервной системы, чтобы сохранить постоянство этой среды) в мозге, где они превращают нервную активность в электрические сигналы, позволяя их потом считывать и интерпретировать.

Технология может помочь людям с ограниченными возможностями, а ученым лучше понять природу человеческой мысли. Однако она еще не была протестированы ни на людях, ни на животных.

Этот метод предлагает новый способ мониторинга электрической активности в мозге с помощью зонда «системы из наночастиц», которые можно сравнить по размеру с вирионом. Нейроны используют электрические сигналы для передачи информации друг другу, что делает эти сигналы критически важными для мышления, памяти и движения. Хотя существует множество устоявшихся методов отслеживания электрической активности мозга, большинство из них требуют хирургического вмешательства или имплантированных устройств – как Neuralink Илона Маска – для проникновения в череп и непосредственного взаимодействия с нейронами.

Он, этот подход, основан на введении в мозг сконструированных электроплазменных наночастиц, которые преобразуют электрические сигналы в оптические сигналы, позволяя отслеживать активность мозга с помощью оптического детектора извне тела.

Наночастицы состоят из оксидокремниевого ядра диаметром 63 нанометра с тонким слоем электрохромно нанесенного 3,4-этилендиокситиофена (соединение C2H4OCH2S тиофена с замещением в 3-й и 4-й позициях сегментов этиленгликоля) и золотым покрытием толщиной 5 нанометров. Поскольку их покрытие позволяет им преодолевать гематоэнцефалический барьер, то их можно вводить в кровеносные сосуды или непосредственно в спинномозговую жидкость.

Создан инъекционный рой наносенсоров, считывающих мозг

Попав в мозг, наносенсоры становятся очень чувствительными к локальным изменениям электрического поля. В лабораторных испытаниях прототипы NeuroSWARM3 in vitro смогли генерировать соотношение сигнал / шум более 1000 – уровень чувствительности, который достаточен для обнаружения электрического сигнала, генерируемого при срабатывании одного нейрона.

NeuroSWARM3 можно рассматривать как наномасштабную электрохромно загруженную антенну в реверсном направлении: ее оптические свойства модулируются окружающими спайковыми электрогенными клетками. Таким образом, NeuroSWARM3 обеспечивает возможность выявления биоэлектрических сигналов в одном устройстве с наночастицами, которое обеспечивает беспроводное питание, выявление электрофизиологических сигналов и возможность передачи данных в наномасштабных размерах.

Оптические сигналы, генерируемые частицами NeuroSWARM3, могут быть выявлены с помощью света инфракрасного диапазона с длиной волн от 1000 до 1700 нм. Наночастицы могут функционировать неограниченно долго, не требуя источника питания.

Другие ученые исследовали подобный подход с использованием квантовых точек, которые реагируют на электрические поля. Сравнивая две технологии, исследователи обнаружили, что генерируемый NeuroSWARM3 оптический сигнал на четыре порядка мощнее. Квантовые точки требовали на порядок большей интенсивности света и на два порядка больше зондов, чтобы генерировать такой сигнал.

Во время тестов команда обнаружила, что их рой наносенсоров способен улавливать активность некоторых клеток мозга. Получение сигналов от одиночных нейронов не новость, но возможность их обнаружения благодаря датчикам, и беспроводная передача данных через череп пациента, является впечатляющим технологическим достижением. Если дальнейшие тесты будут продолжаться, эти возможности могут упростить нейробиологические исследования в реальном времени и поднять на высокий уровень неврологическую медицину.

«Мы только на начальных этапах этой новой технологии, но я думаю, что у нас есть хороший фундамент для развития, – говорит ведущий автор исследования А. Али Яник. – Наша следующая цель – начать эксперименты на животных».

Исхаков Максим

Руководитель информационного портала "Безопасник". Директор компании по продаже и установке систем безопасности.

Оцените автора
Портал о системах видеонаблюдения и безопасности
Добавить комментарий