Прорывной новый мозго-машинный интерфейс (ММИ) использует свет для прямой коммуникации с мозгом, обходя традиционные сенсорные пути. Недавние эксперименты на мышах продемонстрировали минимально инвазивное беспроводное устройство, способное доставлять искусственные импульсы в генетически модифицированные нейроны, эффективно «разговаривая» с мозгом посредством световых паттернов. Эта технология может революционизировать нейронаучные исследования и открыть многообещающие перспективы для будущих протезных разработок.
Как работает устройство
Устройство, размером меньше человеческого пальца, повторяет изгибы черепа и содержит 64 крошечных светодиода, электронную схему и приемную антенну. Оно работает с использованием ближней бесконтактной связи (NFC) — той же технологии, которая используется в бесконтактных платежах — для беспроводного управления светодиодами. В отличие от традиционных ММИ, требующих прямых мозговых имплантатов или громоздкого внешнего оборудования, это устройство располагается под кожей головы, проецируя свет непосредственно на мозговую ткань.
Ключ к успеху – генетическая модификация. Мозговые клетки не реагируют на свет естественным образом, поэтому исследователи использовали генное редактирование для введения светочувствительных ионных каналов в нейроны. При активации светодиодами эти каналы вызывают нейронные сигналы, обеспечивая точный контроль над активностью мозга. Эта техника, известная как оптогенетика, позволяет исследователям полностью обходить сенсорную систему.
Эксперименты на мышах демонстрируют функциональность
В экспериментах мышей обучили ассоциировать определенные световые паттерны с наградами. Беспроводно управляя светодиодами, исследователи могли заставить устройство воспроизводить различные серии импульсов света, которые мыши научились распознавать и реагировать на них. Например, определенные паттерны направляли их к спрятанной в лабиринте сахарной воде.
«Это как если бы мы могли проецировать серию изображений — почти как воспроизвести фильм — непосредственно в мозг, контролируя последовательность паттернов», — заявил Джон Роджерс, старший автор исследования из Северо-Западного университета.
Устройство не ограничивается стимуляцией областей, отвечающих за зрительное восприятие; оно может активировать нейроны по всей коре головного мозга, позволяя создавать сложные паттерны нейронной активности.
Последствия для будущих исследований и протезов
Команда видит значительный потенциал в протезировании. Эта технология может добавить реалистичные ощущения — такие как прикосновение или давление — к протезам конечностей или даже восстановить слуховые или зрительные сигналы пациентам с сенсорными нарушениями.
Бинь Хэ, исследователь в области нейроинженерии из Университета Карнеги — Меллона, не участвовавший в исследовании, назвал технику «новой» и предположил, что она может иметь «различные применения в нейронаучных исследованиях с использованием животных моделей… и за их пределами».
Однако остаются нормативные препятствия. Самая большая проблема — получение одобрения для компонента генетической модификации, поскольку оптогенетические методы только начинают изучаться на людях. Хотя ожидается, что устройство будет работать аналогичным образом у людей, необходимы дальнейшие испытания.
Эта технология представляет собой мощный инструмент для фундаментальных нейронаучных исследований. Она позволяет ученым обходить естественные сенсорные каналы и напрямую взаимодействовать с мозгом, открывая новые возможности для понимания нейронных процессов. Хотя клинические испытания на людях еще не скоро, этот прорыв знаменует собой значительный шаг к новому поколению мозго-машинных интерфейсов.
