Новий революційний інтерфейс «мозок-машина» (MMI) використовує світло для прямого зв’язку з мозком, минаючи традиційні сенсорні шляхи. Недавні експерименти на мишах продемонстрували мінімально інвазивний бездротовий пристрій, здатний доставляти штучні імпульси до генетично модифікованих нейронів, ефективно «розмовляючи» з мозком за допомогою світлових візерунків. Ця технологія може зробити революцію в нейронаукових дослідженнях і відкрити багатообіцяючі перспективи для майбутніх розробок протезів.
Як працює пристрій
Пристрій, менший за людський палець, повторює вигини черепа та містить 64 крихітних світлодіоди, електронну схему та приймальну антену. Він працює за допомогою зв’язку ближнього поля (NFC) — тієї ж технології, що використовується в безконтактних платежах — для бездротового керування світлодіодами. На відміну від традиційних MMI, які потребують прямих імплантатів мозку або громіздкого зовнішнього обладнання, цей пристрій розміщується під шкірою голови, проектуючи світло прямо на тканину мозку.
Ключ до успіху — генетична модифікація. Клітини мозку не реагують на світло природним шляхом, тому дослідники використали редагування генів, щоб ввести світлочутливі іонні канали в нейрони. При активації світлодіодами ці канали запускають нейронні сигнали, забезпечуючи точний контроль над мозковою діяльністю. Цей метод, відомий як оптогенетика, дозволяє дослідникам повністю обійти сенсорну систему.
Експерименти з мишкою демонструють функціональність
Під час експериментів мишей навчили пов’язувати певні світлові візерунки з винагородою. За допомогою бездротового керування світлодіодами дослідники могли змусити пристрій виробляти різні серії світлових імпульсів, які миші навчилися розпізнавати та реагувати на них. Наприклад, певні шаблони спрямовували їх до цукрової води, захованої в лабіринті.
«Це ніби ми можемо проектувати серію зображень — майже як перегляд фільму — прямо в мозок, контролюючи послідовність шаблонів», — сказав Джон Роджерс, старший автор дослідження з Північно-Західного університету.
Пристрій не обмежується стимуляцією зон, що відповідають за зорове сприйняття; він може активувати нейрони по всій корі головного мозку, дозволяючи створювати складні схеми нейронної активності.
Наслідки для майбутніх досліджень і протезування
Команда бачить значний потенціал у протезуванні. Технологія може додати реалістичні відчуття, такі як дотик або тиск, до протезів кінцівок або навіть відновити слухові чи зорові сигнали пацієнтам із сенсорними порушеннями.
Бін Хе, дослідник нейроінженерії з Університету Карнегі-Меллона, який не брав участі в дослідженні, назвав цю методику «новою» і припустив, що вона може мати «різні застосування в нейронаукових дослідженнях з використанням моделей тварин… і не тільки».
Однак регуляторні перешкоди залишаються. Найбільшою проблемою є отримання дозволу на компонент генетичної модифікації, оскільки оптогенетичні методи тільки починають вивчатися на людях. Хоча очікується, що пристрій працюватиме подібним чином на людях, необхідні подальші тести.
Ця технологія є потужним інструментом для фундаментальних нейронаукових досліджень. Це дозволяє вченим обійти природні сенсорні канали та безпосередньо взаємодіяти з мозком, відкриваючи нові можливості для розуміння нейронних процесів. Хоча до клінічних випробувань на людях ще далеко, цей прорив знаменує собою значний крок до нового покоління інтерфейсів мозок-машина.
