Neurostimuliatoriai, dar žinomi kaip smegenų širdies stimuliatoriai, specialiais elektrodais siunčia elektrinius impulsus į konkrečias smegenų sritis. Apskaičiuota, kad apie 200 000 žmonių visame pasaulyje dabar naudojasi šia technologija, įskaitant tuos, kurie serga Parkinsono liga arba patologiniais raumenų spazmais.
Pasak Mehmeto Fatiho Yaniko, ETH Ciuricho neurotechnologijų profesoriaus, tolesni tyrimai labai išplės galimas pritaikymo galimybes. Užuot juos naudojus tik smegenims stimuliuoti, elektrodai taip pat gali būti naudojami tiksliai įrašyti smegenų veiklą ir analizuoti, ar nėra anomalijų, susijusių su neurologiniais ar psichikos sutrikimais. Antruoju žingsniu ateityje būtų galima gydyti šias anomalijas ir sutrikimus naudojant elektrinius impulsus.
Šiuo tikslu Yanik ir jo komanda sukūrė naujo tipo elektrodą, leidžiantį išsamesnius ir tikslesnius smegenų veiklos įrašus ilgesnį laiką. Šie elektrodai yra pagaminti iš itin smulkių ir lanksčių elektrai laidžio aukso pluoštų, įdėtų į polimerą, pluoštų.
Dėl ETH Ciuricho mokslininkų sukurto proceso šie ryšuliai į smegenis gali būti įterpiami labai lėtai, todėl jie nesukelia jokio aptinkamo smegenų audinio pažeidimo. Tyrimas publikuojamas žurnale Gamtos komunikacijos.
Tai išskiria naujus elektrodus iš konkurentų technologijų. Iš jų turbūt geriausiai žinomas viešojoje erdvėje yra Elono Musko kompanijos Neuralink. Visose tokiose sistemose, įskaitant Neuralink's, elektrodai yra žymiai platesni.
„Kuo platesnis zondas, net jei jis lankstus, tuo didesnė smegenų audinio pažeidimo rizika“, – aiškina Yanikas. „Mūsų elektrodai yra tokie puikūs, kad juos galima įsmeigti per ilgus procesus, kurie tęsiasi nuo smegenų nervinių ląstelių. Jų storis tik tiek, kiek ir patys nervinių ląstelių procesai.”
Mokslininkų komanda išbandė naujus elektrodus ant žiurkių smegenų, naudodama keturis ryšulius, kurių kiekvienas sudarytas iš 64 pluoštų. Iš esmės, kaip aiškina Yanik, iki kelių šimtų elektrodų skaidulų galima būtų ištirti dar didesnio skaičiaus smegenų ląstelių aktyvumą. Tyrimo metu elektrodai buvo prijungti prie mažo įrašymo įrenginio, pritvirtinto prie kiekvienos žiurkės galvos, todėl jie galėjo laisvai judėti.
Neturi įtakos smegenų veiklai
Eksperimentų metu tyrėjų komanda sugebėjo patvirtinti, kad zondai yra biologiškai suderinami ir kad jie neturi įtakos smegenų funkcijai. Kadangi elektrodai yra labai arti nervinių ląstelių, signalo kokybė yra labai gera, palyginti su kitais metodais.
Tuo pačiu metu zondai tinkami ilgalaikei stebėjimo veiklai, tyrėjai fiksuoja signalus iš tų pačių ląstelių gyvūnų smegenyse visą dešimties mėnesių eksperimento laiką. Tyrimai parodė, kad per tą laiką nebuvo pažeista smegenų audinys. Kitas privalumas yra tas, kad ryšuliai gali išsišakoti įvairiomis kryptimis, o tai reiškia, kad jie gali pasiekti kelias smegenų sritis.
Netrukus prasidės bandymai su žmonėmis
Tyrimo metu mokslininkai naudojo naujus elektrodus, kad stebėtų ir analizuotų nervų ląstelių veiklą įvairiose žiurkių smegenų srityse per kelis mėnesius. Jie sugebėjo nustatyti, kad nervų ląstelės skirtinguose regionuose buvo „bendrai suaktyvintos“.
Mokslininkai mano, kad ši plataus masto sinchroninė smegenų ląstelių sąveika atlieka pagrindinį vaidmenį apdorojant sudėtingą informaciją ir formuojant atmintį. „Technologija yra labai svarbi atliekant pagrindinius tyrimus, kuriuose tiriamos šios funkcijos ir jų sutrikimai neurologinių ir psichikos sutrikimų atveju”, – aiškina Yanik.
Grupė susivienijo su kolegomis Londono universiteto koledžo mokslininkais, kad išbandytų naujų elektrodų naudojimą žmogaus smegenyse. Konkrečiai, projekte dalyvauja sergantieji epilepsija, kurie nereaguoja į vaistų terapiją. Tokiais atvejais neurochirurgai gali pašalinti nedidelę smegenų dalį, kurioje prasideda priepuoliai. Idėja yra naudoti grupės metodą, siekiant tiksliai lokalizuoti paveiktą smegenų sritį prieš pašalinant audinius.
Smegenų ir mašinų sąsajos
Taip pat planuojama naudoti naujus elektrodus žmonių smegenų ląstelėms stimuliuoti. „Tai galėtų padėti sukurti veiksmingesnius gydymo būdus žmonėms, turintiems neurologinių ir psichikos sutrikimų“, – sako Yanik. Sergant tokiais sutrikimais kaip depresija, šizofrenija ar OKS, dažnai būna tam tikrų smegenų sričių sutrikimų, dėl kurių kyla problemų vertinant informaciją ir priimant sprendimus.
Naudojant naujus elektrodus galbūt būtų galima iš anksto aptikti smegenų neuroninių tinklų generuojamus patologinius signalus ir tada stimuliuoti smegenis tokiu būdu, kuris palengvintų tokius sutrikimus.
Yanik taip pat mano, kad ši technologija gali sukelti smegenų ir mašinos sąsajas žmonėms, patyrusiems smegenų sužalojimus. Tokiais atvejais elektrodai gali būti naudojami jų ketinimams nuskaityti ir tokiu būdu, pavyzdžiui, valdyti protezavimą arba balso išvesties sistemą.