Корейские учёные вживили мыши мозговой имплант, вкололи кокаин и смогли управлять подопытной через приложение со смартфона.

Исследователи изобрели управляемый смартфоном мягкий мозговой имплантат, который можно заряжать по беспроводной сети извне тела. Это позволяет проводить длительные манипуляции с нейронными цепями без необходимости периодических разрушительных операций по замене батареи имплантата. Ученые считают, что эта технология может помочь выявить и лечить психические расстройства и нейродегенеративные заболевания, такие как наркомания, депрессия и болезнь Паркинсона.

На фото беспроводной Перезаряжаемый Мягкий Мозговой Имплантат Управляет Мозговыми Клетками. Оптическое изображение без проводов с аккумулятором, мягкой оптико-электронной системы проводится с помощью пальцев. Устройство излучает синий свет от своих двусторонних зондов.

​

Группа исследователей и сотрудников KAIST разработала крошечный мозговой имплантат, который может быть беспроводно заряжен извне тела для управления мозговыми цепями в течение длительного периода времени без замены батареи. Устройство изготовлено из сверхмягких и био-совместимых полимеров, которые помогают обеспечить долгосрочную совместимость с тканями. Оснащенный Микрометрическими светодиодами (эквивалентными размеру зерна соли), установленными на ультратонких зондах (толщиной с человеческий волос), он может по беспроводной сети манипулировать целевыми нейронами в глубоком мозге с помощью света.

Это исследование, проведенное профессором Чжэ-Вун Чжоном, является шагом вперед от беспроводного головного имплантированного нейронного устройства, разработанного им в 2019 году. Эта предыдущая версия могла бесконечно доставлять несколько лекарств и лечение световой стимуляцией по беспроводной сети с помощью смартфона. Для большего, манипулируя клетками мозга с помощью смартфона.

Для новой модернизированной версии исследовательская группа разработала полностью имплантируемую мягкую оптико-электронную систему, которая может дистанционно и избирательно управляться смартфоном. Это исследование было опубликовано 22 января 2021 года в журнале Nature Communications.

Новая технология беспроводной зарядки решает проблемы, связанные с существующими имплантами головного мозга. Технологии беспроводных имплантируемых устройств в последнее время стали популярными в качестве альтернативы обычным привязным имплантатам, поскольку они помогают минимизировать стресс и воспаление у свободно движущихся животных во время исследований мозга, что, в свою очередь, увеличивает срок службы устройств. Однако такие устройства требуют либо прерывистых операций по замене разряженных батарей, либо специальных и громоздких беспроводных установок питания, которые ограничивают экспериментальные возможности, а также масштабируемость экспериментов на животных.

"Это мощное устройство устраняет необходимость в дополнительных болезненных операциях для замены разряженной батареи в имплантате, позволяя беспрепятственно осуществлять хроническую нейромодуляцию”, - сказал профессор Чжон. “Мы считаем, что одна и та же базовая технология может быть применена к различным типам имплантатов, включая стимуляторы глубокого мозга, сердечные и желудочные кардиостимуляторы, чтобы уменьшить нагрузку на пациентов при длительном использовании в организме.”

Чтобы обеспечить беспроводную зарядку аккумулятора и управление им, исследователи разработали крошечную схему, которая объединяет беспроводной энергетический комбайн с Катушечной антенной и низкоэнергетическим чипом Bluetooth. Переменное магнитное поле может безвредно проникать через ткань и генерировать электричество внутри устройства для зарядки аккумулятора. Затем Bluetooth-имплантат с батарейным питанием доставляет программируемые паттерны света к клеткам мозга с помощью “простого в использовании” приложения для смартфонов для управления мозгом в режиме реального времени.

“Это устройство можно использовать в любом месте и в любое время для манипулирования нейронными цепями, что делает его очень универсальным инструментом для исследования функций мозга”, - сказал ведущий автор Чун Ен Ким, исследователь KAIST.

Нейробиологи успешно протестировали эти имплантаты на крысах и продемонстрировали их способность подавлять вызванное кокаином поведение после введения крысам кокаина. Это было достигнуто путем точной световой стимуляции соответствующих нейронов-мишеней в их мозгу с помощью управляемых смартфоном светодиодов. Кроме того, батарею в имплантатах можно было многократно подзаряжать, пока крысы вели себя свободно, что сводило к минимуму любые физические помехи экспериментам.

"Беспроводная перезарядка батареи делает экспериментальные процедуры гораздо менее сложными",-сказал соавтор исследования Мин Чжон Ку, исследователь медицинского колледжа Университета Йонсей.

"Тот факт, что мы можем контролировать определенное поведение животных, доставляя световую стимуляцию в мозг всего лишь с помощью простого манипулирования приложением для смартфона, наблюдая за свободно перемещающимися животными поблизости, очень интересен и стимулирует большое воображение”,-сказал Чон Хун Ким, профессор физиологии в медицинском колледже Университета Йонсей. "Эта технология облегчит различные направления исследований мозга.”

Исследователи полагают, что эта технология имплантации мозга может привести к новым возможностям для исследований мозга и терапевтического вмешательства для лечения заболеваний мозга и других органов. Эта работа была поддержана грантами Национального исследовательского фонда Кореи и программы KAIST Global Singularity Research Program.

Ссылка на источник: https://www.jeongresearch.org/