Гибкий микрозонд для нейронного интерфейса

Ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) разработали крошечный нейронный зонд, толщина которого составляет примерно одну пятую толщины человеческого волоса. Зонд гибкий и может быть имплантирован на длительное время без ущерба для иммунной системы, отчасти благодаря своему маленькому и незаметному профилю.

Информация об этой разработке была опубликована в журнале Nature Communications.

Его миниатюрный размер означает, что он может быть пригоден для имплантации в тех местах, где другие зонды не помещаются, например, между позвонками или в спинной мозг. Содержащий электрический и оптический каналы, коаксиальный зонд может как регистрировать электрическую активность нейронов, так и стимулировать нейроны с помощью света. На данный момент зонд демонстрирует стабильную работу в течение месяца после того, как исследователи имплантировали его в мозг мышей.

Возможно, мы находимся на пороге новой эры технологий, которые могут контролировать и управлять нашей нервной тканью, и медицинские возможности огромны - от уменьшения боли до борьбы с судорогами. Значение таких технологий зависит от того, где они взаимодействуют с нашими нейронами, поэтому нейронные зонды являются ключевой технологической разработкой в развитии нейромодулирующих устройств.

Новый образец зонда отличается небольшим размером - 8-14 микрометров в диаметре. Для сравнения, человеческий волос примерно в пять раз толще. Это означает, что он может достигать таких областей, куда другие зонды не могут проникнуть, например, к маленьким периферическим нервам или даже в небольшой промежуток между позвонками и в сам спинной мозг.

"Здесь нужен очень маленький, гибкий зонд, который может помещаться между позвонками для взаимодействия с нейронами и изгибаться при движении спинного мозга, - говорит Аксель Ниммерджан, участвовавший в исследовании. - Для нейронного взаимодействия при хронических заболеваниях вам нужен незаметный зонд, такой, чтобы организм даже не знал о его наличии, но при этом мог общаться с нейронами".

В рамках инженерной задачи исследователи внедрили в один зонд два канала: один для передачи электрических данных от нейронов к внешнему устройству, а второй оптический канал для передачи света, как средства стимуляции и управления близлежащими нейронами. На данный момент исследователи протестировали зонд на мышах и обнаружили, что при имплантации в мозг он обеспечивает стабильную работу в течение одного месяца.   

По словам Ниммерджана,

В настоящее время мы относительно мало знаем о том, как работает спинной мозг, как он обрабатывает информацию и как его нейронная активность может быть нарушена или ослаблена при определенных заболеваниях. Запись с этой динамичной и крошечной структуры была сложной технической задачей, и мы считаем, что наши зонды и будущие массивы зондов имеют уникальный потенциал, чтобы помочь нам изучить спинной мозг - не только понять его на фундаментальном уровне, но и иметь возможность модулировать его активность.