柔軟な回路が生きた脳に注入されました

友達にメッセージを送信するための次のガジェットが、手首に縛り付けられた時計やポケットに入れられた電話ではなく、脳に埋め込まれた電子デバイスだったらどうなるでしょうか？ 現在、新しい種類の柔軟な回路により、このSFの未来に一歩近づきました。 注入を介して埋め込まれた、わずか数ミリメートルのワイヤのグリッドは、生きているニューロンで自分自身をほのめかし、びびりを傍受し、脳の活動と連動する電子機器の方法を提供します。

関連性のあるコンテンツ

• 衝撃波は脳に危険な泡を作り出す
• 電極の助けを借りて、新しい思い出を作って古いものを守りましょう
• この天才の脳卒中により、あなたはあなたの脳で書くことができます

「電子回路と神経回路の区別を曖昧にしようとしています」とハーバード大学のナノテクノロジー学者で、今週、 Nature Nanotechnologyでこのデバイスを説明する研究の共著者であるCharles Lieber氏は言います。

これまでのところ、この技術は生きたマウスの頭でのみテストされています。 しかし、リーバーは最終的にそれを人間に結びつけることを望んでいます。 彼の支援者には、パーキンソン病などの神経変性障害を治療する新しい方法に関心のあるベンチャーキャピタルであるFidelity Biosciencesが含まれます。 軍隊も興味を持っており、米国空軍のサイボーグセルプログラムを通じて支援を行っています。サイボーグセルプログラムは、細胞の「性能向上」のための小規模電子機器に焦点を当てています。

ニューラルエレクトロニクスはすでに一部の人々にとって現実です。 激しい振戦や手に負えない筋肉のけいれんに苦しんでいる人は、脳の奥深くに通された長いワイヤーによって伝わる電気ショックを介して緩和を見つけることができます。 また、四肢麻痺患者は、脳に埋め込まれたチップまたは脳の表面に置かれた電極を使用して、義肢を制御することを学びました。

しかし、これらの技術は侵襲的な手順を必要とするため、深刻な場合にのみ使用できます。 「以前のデバイスは大きな切開と手術に依存していた」と韓国ソウル大学のナノテクノロジー学者であるDae-Hyeong Kimは言う。

新しいアプローチの違いは、回路の優れた柔軟性です。 漁網のように織り合わされた金属とプラスチックの撚り糸で作られたこの回路は、「他の埋め込み可能な電子機器よりも数十万倍柔軟です」とリーバーは言います。 ネットを巻き上げて、注射針を簡単に通過できるようにします。 体内に入ると、ネットはそれ自体で広がり、脳に埋め込まれます。

注射されたマウスの検死により、数週間にわたってワイヤーが絡み合ったニューロンの織物に編み込まれたことが明らかになりました。 プラスチックと脳の物質が編み込まれ、マイナスの影響はほとんどないように見えるため、緊密な接続が形成されました。 この互換性は、おそらく、生物医学エンジニアが体外の組織を成長させるために使用する3次元の足場に基づいてネットがモデル化されたためです。

ニューロンの活動は、回路に配線された顕微鏡センサーを使用して監視できます。 電圧検出器は、個々の脳細胞の発火によって生成された電流を拾い上げました。 これらの電気信号は、頭からコンピューターに向かって走っているワイヤーに沿って中継されました。

「これにより、消費者向けのブレインインターフェイスへの道が開かれる可能性があります」とライス大学で脳とやり取りする技術を開発しているジェイコブロビンソンは言います。 「何かを注入するだけでよい場合、コンピューターを脳に接続することは、はるかに口当たりが良くなります。」

脳細胞の通信方法に興味のある神経科学者にとって、この敏感なツールは、従来の技術では研究が困難な神経系の部分へのアクセスを提供します。 たとえば、3か月前、リーバーの同僚は、網膜から視覚情報を収集する神経細胞の近くのマウスの目に彼のネットのいくつかを注入しました。 これらの細胞を調べるには、通常、目の塊を切り取る必要があります。 注入されたネットによって収集された信号はこれまでのところ強く、マウスは健康なままです。

しかし、人間に役立つように、リーバーのチームは、ネットの寿命がさらに長いことを証明する必要があります。 これまでのニューラルエレクトロニクスには、安定性の問題がありました。 硬い侵入者の近くの細胞が死ぬか、または移動するにつれて、時間とともに信号を失う傾向があります。 しかし、チームは、Lieberのメッシュがこれまでに遭遇した細胞が寄り添って隙間に成長しているように見えるため、Lieberのメッシュがより脳にやさしいことを証明すると楽観しています。

脳の活動を聞くことはほんの始まりにすぎないかもしれません。日常の回路と同様に、さまざまなタスクにさまざまなコンポーネントを追加できます。 別の実験では、リーバーのチームは、圧力センサーを備えた回路を柔らかいポリマーの穴に注入しました。 ポリマーが圧搾されると、センサーはキャビティ内の圧力の変化を測定しました。 これは、外傷性頭部損傷後に発生するような頭蓋骨内の圧力変化を調査するのに役立ちます。

さらに先には、電気刺激を与えるか、治療のために薬物のパケットを放出するフィードバックデバイスをネットに散在させることができます。 いくつかの微細なRFIDアンテナを追加すると、回路がワイヤレスになります。 また、SFファンは、コンピューター内のRAMに似たメモリストレージデバイスをインストールして、自分のメモリを改善することを考えて唾を吐く必要があります。

「走る前に歩かなくてはなりませんが、脳とのインターフェース能力に革命をもたらすことができると思います」とリーバーは言います。