Группа ученых из Кореи и Соединенных Штатов изобрела устройство, способное манипулировать нейронными цепочками, используя крошечный мозговой имплантат, управляемый смартфоном. Исследователи утверждают, что устройство ускорит работу по раскрытию основ психоневрологических заболеваний, таких как болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, наркотическая зависимость, депрессия и фибромиалгия.

С помощью сменных картриджей с лекарствами и мощного Bluetooth с низким энергопотреблением, исследователи могут прицельно воздействовать на нужные нейроны, используя препараты и свет в течение длительных периодов времени.

«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.