Przełom w badaniach mózgu. Koniec z igłami

Opracowany w San Diego implant może znacząco wpłynąć na sposób prowadzenia badań mózgu. To elastyczne, przezroczyste urządzenie, po umieszczeniu na powierzchni mózgu, odczytuje informacje o komórkach znajdujących się w jego głębszych warstwach. Narzędzie to może istotnie wpłynąć na postępy w dziedzinie medycyny i neurobiologii.

Dzięki temu implantowi, naukowcy będą mogli prowadzić badania, które pozwolą na zrozumienie, jak ukrwienie mózgu wpływa na jego aktywność elektryczną, czy jak pewne komórki mózgu tworzą ślady pamięciowe.

Profesor Duygu Kuzum, autor publikacji na ten temat, która ukazała się w piśmie "Nature Nanotechnology", wyjaśnia: "Z pomocą tej technologii rozszerzamy zakres, w którym można rejestrować działanie neuronów. Choć nasz implant umieszcza się na powierzchni mózgu, jego możliwości wykraczają poza rejestrowanie bezpośrednich fizycznych oddziaływań i może on zbierać informacje o neuronalnej aktywności w głębszych warstwach".

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Do tej pory, możliwości badawcze ograniczały się do obserwacji neuronów na powierzchni mózgu za pomocą minimalnie inwazyjnych implantów, lub do badania głębszych warstw mózgu za pomocą wprowadzanych od niego igieł.

Jednak nowo opracowany implant pozwolił na przeprowadzenie badań na myszach, które potwierdziły, że implant może działać na dwa sposoby. Po pierwsze, za pomocą umieszczonych w nim elektrod mierzył aktywność elektryczną neuronów na powierzchni mózgu. Po drugie, badacze byli w stanie oświetlić laserem głębsze warstwy mózgu przez przezroczysty wszczep, co pozwoliło na obserwację aktywności jonów wapnia w komórkach tam obecnych. Ruch tych jonów dostarcza cennych informacji o działaniu komórek nerwowych.

Następnie, naukowcy wprowadzili informacje uzyskane z różnych warstw mózgu do systemu sztucznej inteligencji. System ten nauczył się dokładnie przewidywać aktywność komórek w głębszych warstwach na podstawie danych o aktywności warstwy powierzchniowej. Dzięki temu, badania mogą teraz skupić się tylko na warstwie powierzchniowej, a mimo to uzyskać wiedzę o tym, co dzieje się w głębszych warstwach mózgu.

Kluczowymi elementami, które przyczyniły się do sukcesu tego projektu były grafen, który umożliwił stworzenie ultra-cienkich, przezroczystych elektrod, oraz sztuczna inteligencja, która nauczyła się dedukować działanie neuronów znajdujących się głębiej.

- Integracja sygnałów elektrycznych i optycznego obrazowania aktywności neuronalnej wykonalna jest wyłącznie dzięki tej technologii. Prowadzenie obu eksperymentów jednocześnie dostarcza nam bardziej adekwatnych danych, ponieważ możemy obserwować, w jaki sposób eksperymenty obrazowe są czasowo powiązane z rejestrowaniem sygnałów elektrycznych - dodaje profesor Kuzum.

W przyszłości, naukowcy planują przeprowadzić testy swojej technologii na innych gatunkach zwierząt, z ostatecznym celem sprawdzenia jej na ludziach. Profesor Kuzum podkreśla, że technologia ta może być wykorzystana naprawdę w wielu badaniach z dziedziny neuronauki.