Исследователи из Гарвардского университета создали биоэлектронную технологию, которая позволяет изучать развитие мозга с высокой точностью. Работа опубликована в журнале Nature.
Созданы головастики-киборги с мягкими нейронными имплантами в мозге
Исследователи из Гарвардского университета разработали технологию мягких биоэлектронных имплантатов, которые можно встраивать в развивающийся мозг эмбрионов головастиков. Устройство записывает активность отдельных нейронов с миллисекундной точностью, не нарушая их естественное развитие.
Головастики-киборги. https://seas.harvard.edu/
В настоящее время для записи нейронной активности используются электродные массивы, которые вводятся непосредственно в мозговую ткань. Эти устройства могут проникать на глубину до нескольких миллиметров в кору мозга, но их имплантация небезопасна для нейронов, поскольку может нарушить естественные связи между клетками. Возможность встроить имплантат в глубокие структуры мозга, даже мозга головастиков, это настоящий прорыв.
Команда под руководством доктора Джиа Лю разработала мягкое, тонкое и растяжимое устройство, которое можно имплантировать в нервную пластину эмбриона головастика — раннюю плоскую структуру, которая впоследствии сворачивается в трехмерную структуру головного и спинного мозга.
Устройство интегрируется в развивающийся мозг и записывает электрическую активность отдельных клеток мозга с миллисекундной точностью, не влияя на нормальное развитие эмбриона или его поведение.
Такие «головастики-киборги» открывают окно в будущее, где можно будет изучать глубокие тайны мозга и понимать заболевания, проявляющиеся на ранних стадиях развития.
Схема поэтапного вживления мягкой сетчатой электроники в мозг эмбриона
Технология особенно важна для исследования неврологических расстройств. «Аутизм, биполярное расстройство, шизофрения — все это может происходить на ранних стадиях развития», — объясняет важность работы Лю.
В настоящее время не существует способов измерения нейронной активности во время раннего развития нервной системы, что делает эту технологию особенно важной.
Имплантат врастает в мозг
Иммуноокрашивание показывает контакт между тканями мозга головастика и сетчатой электроникой (красный)
Предыдущие методы записи активности нейронов требовали использования электродов в зрелом мозге, что неизбежно приводило к повреждению нейронных связей. Новый подход использует естественный процесс развития, позволяя неинвазивно размещать множество датчиков по всему трехмерному мозгу и одновременно отслеживать эволюцию мозговой активности во времени.
Ключевой инновацией стало создание нового типа имплантата из фторированных эластомеров — материалов, мягких как биологическая ткань, но достаточно прочных для создания высокочувствительных электронных компонентов. Эти материалы способны выдерживать процессы нанопроизводства и размещать множественные датчики для записи мозговой активности.