«Беспроводное нейронное устройство обеспечивает непрерывную химическую и оптическую нейромодуляцию; ничего похожего до сих пор в науке было», — говорит ведущий автор исследования Раза Кази, специалист Корейского передового института наук и технологии (KAIST) и Университета Колорадо в Боулдере.
Кази объяснил, что эта технология значительно превосходит традиционные методы, используемые нейробиологами, где обычно используют жесткие металлические трубки и оптические волокна для доставки лекарств и света. Помимо ограничения движений субъекта из-за присоединения к громоздкому оборудованию, относительно жесткая структура таких имплантатов со временем вызывает повреждение мягких тканей мозга.
Хотя ранее уже были реализованы технологии для смягчения травм путем применения мягких зондов и беспроводных платформ, оставалась проблема невозможности доставлять лекарства в течение длительных периодов времени.
Чтобы добиться непрерывной беспроводной доставки лекарств исследователи из Корейского передового института наук и технологии и Вашингтонского университета в Сиэтле изобрели свое нейронное устройство со сменным картриджем, которое позволяет нейробиологам изучать одни и те же мозговые цепи в течение нескольких месяцев, не беспокоясь о том, что препарат закончится.
Эти картриджи с лекарством «plug-n-play» вставляют в мозговой имплантат с мягким и ультратонким зондом (толщиной в человеческий волос), который состоит из микрофлюидных каналов и крошечных светодиодов (меньше, чем крупица соли), для безболезненной доставки неограниченных доз препаратов.
В экспериментах на мышах нейробиологи смогли запускать любую комбинацию или последовательность доставки света и лекарств животному-мишени без необходимости физического присутствия в лаборатории, осуществляя управление лишь с помощью элегантного и простого интерфейса на смартфоне.
Используя беспроводные нейронные устройства, исследователи без проблем могут организовать полностью автоматизированные эксперименты на животных, где двигательная активность одного животного, осуществляемая под воздействием нейрофармакологии in vivo и оптогенетической стимуляции, будет влиять на поведение других животных.
«Это революционное устройство является плодом передового электронного дизайна и мощной микро- и наноразмерной инженерии», — говорит профессор электротехники в KAIST Чже-Вун Чжон. «Мы заинтересованы в дальнейшем развитии этой технологии, чтобы создать мозговой имплантат для клинических применений».
Майкл Брухас, профессор анестезиологии, медицины боли и фармакологии в Медицинском университете штата Вашингтон, заявил: «Данная технология позволяет нам лучше анализировать основы действия нервной системы и то, как специфические нейромодуляторы в мозге по-разному настраивают поведение». «Мы также предполагаем использовать это устройство для комплексных фармакологических исследований с целью разработки новых лекарств от боли, зависимости и эмоциональных расстройств».
Исследователи из группы Чжона в KAIST разрабатывают мягкую электронику для носимых и имплантируемых устройств, а нейробиологи из лаборатории Бручаса в Вашингтонском университете изучают схемы мозга, которые контролируют стресс, депрессию, зависимость, боль и другие психоневрологические расстройства. Глобальные совместные усилия инженеров и нейробиологов, осуществляемые в течение нескольких лет, привели к успешной проверке этого мощного мозгового имплантата у свободно движущихся мышей.
