Команда ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего совершила значительный прорыв в исследовании мозга: им удалось разработать тонкий прозрачный нейроимплант, способный считывать активность не только с поверхности мозга, но и из более глубоких слоев. Такое достижение обещает существенно улучшить взаимодействие мозга с компьютером, сделав его менее инвазивным и более информативным.
Традиционные имплантаты для глубинной записи активности мозга сталкиваются с серьезными проблемами: вживление тонких зондов часто вызывает воспаление и образование рубцов, что со временем искажает получаемые сигналы. Имплантаты на поверхности мозга лишены подобных недостатков, однако они способны считывать лишь поверхностную активность нейронов. Новое изобретение устраняет этот барьер.
Как это работает?
Прозрачная пленка толщиной с лист бумаги изготовлена из двух слоев графеновых проводников, между которыми находится слой азотной кислоты. Этот имплант помещается на поверхность мозга грызунов, считывая электрическую активность на нейронном уровне. Но главная инновация кроется в прозрачности пленки: она позволяет одновременно с записью электрических сигналов использовать двухфотонный микроскоп для визуализации вспышек кальция в нейронах, расположенных на глубине до 0,25 мм под поверхностью. Кальций играет ключевую роль в передаче информации между нейронами.
Ученые разработали алгоритм машинного обучения, который сопоставляет поверхностную активность с субактивацией глубоких слоев. Это позволяет имплантату "понимать", что происходит внутри мозга, анализируя сигналы с его поверхности.
“Наша технология расширяет пространственные возможности нейрорегистрации. Несмотря на расположение на поверхности, имплант способен выводить информацию о более глубоких уровнях мозговой активности”, - поясняет старший автор исследования Дюйгу Кузум.
Еще одним преимуществом является избавление от необходимости жестко фиксировать голову исследуемого объекта под микроскопом, как это происходит при традиционных методах, продолжительность которых ограничена двумя часами.
"Электрозапись не имеет подобных ограничений. Наш имплант позволяет проводить длительные эксперименты, в которых субъект может свободно двигаться и выполнять сложные задачи. Это, в свою очередь, обеспечит более полное понимание активности мозга в динамических условиях реального мира”, - отмечает соавтор исследования Мехран Рамезани.
Следующий шаг команды - тестирование импланта на других животных моделях с перспективой дальнейших испытаний на людях. Исследователи также активно делятся своими разработками с коллегами из США и Европы, стремясь ускорить перевод технологии на практический уровень.
“Это изобретение открывает путь к различным фундаментальным исследованиям в области нейробиологии. Мы стремимся сыграть свою роль в углублении понимания человеческого мозга”, - заключает Кузум.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Technology.
