Šveices armijas nazis neirozinātnei

Pa kreisi: polimēru slēdzenes ir sākumpunkts daudzfunkcionālas neironu zondes izveidei. Mašīnu darbnīcā tiks pievienoti vadošu metāla stieņu raksti, caurspīdīga plastmasa vai dobas vietas, veidojot sagatavi.

Pa labi: sagatave ir ievietota šajā 12 pēdas augstajā šķiedras vilkšanas tornī.

Dažu pēdējo gadu laikā ir izstrādāti dažādi spēcīgi jauni rīki smadzeņu izpētei un manipulācijām ar tām. Daži izmanto elektroniku, bet citi izmanto gaismu vai ķīmiskas vielas.

Kādā MIT laboratorijā materiālu zinātniece Poļina Aņikejeva ir izdomājusi veidu, kā izgatavot prāta zinātnes Šveices armijas nazi. Viņas būvētās neironu zondes nes gaismu, savācot un pārraidot elektrību, un tām ir arī mazi kanāli, pa kuriem sūknēt zāles.

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2015. gada maija numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Tas ir sasniegums salīdzinājumā ar metāla stieplēm vai silīcija elektrodiem, ko parasti izmanto neironu pētīšanai. Anikeeva izgatavo zondes, saliekot polimērus un metālus liela mēroga blokos vai sagatavēs un pēc tam izstiepjot tos elastīgās, īpaši plānās šķiedrās.

Poļina Aņikejeva

Daudzfunkcionālās šķiedras piedāvā jaunus veidus, kā pētīt dzīvnieku uzvedību, jo tās var ierakstīt no neironiem, kā arī stimulēt tos. Varētu rasties arī jauni medicīnas tehnoloģiju veidi. Iedomājieties, kā to dara Anikejeva, bionisko vadu, kas savieno muguras smadzeņu bojājumu, savāc elektriskos signālus no smadzenēm un pārraida tos uz paralizētas rokas muskuļiem.

Anikeeva savu pirmo daudzfunkcionālo zondi veica, studējot Stenfordā. Tas bija rupji: viņa vienkārši aptīja metāla stieples ap stikla pavedienu. Bet tas ļāva apvienot standarta elektrodu mērījumus ar jaunu tehnoloģiju, optoģenētiku, kurā gaisma tiek izšauta uz neironiem, lai tos aktivizētu vai izslēgtu.

Tagad Anikeeva, materiālu zinātnes un inženierzinātņu profesore, izgatavo zondes, izmantojot šķiedru vilkšanas tehnoloģiju, ko izstrādājis cits MIT pētnieks Joels Finks. Tas ir balstīts uz veidu, kā silīcija dioksīds tiek uzkarsēts un velk, veidojot telekomunikāciju šķiedru. Bet tas darbojas zemākā temperatūrā, kurā daudzi noderīgi polimēri kļūst pietiekami mīksti, lai tie izstieptos.

Polimēru šķiedrām ir dažas svarīgas priekšrocības. Viens no tiem ir tas, ka tie ir elastīgi un atdarina audu fiziskās īpašības. Tas varētu ļaut viņiem strādāt ilgāk, nekā neirologi ir paļāvušies uz cietajiem metāla elektrodiem, ļaujot veikt ilgtermiņa pētījumus ar dzīvniekiem. Otra šķiedru iezīme ir tā, ka tās var apvienot daudzas funkcijas. Līdz šim izgatavotajās zondēs ir iekļauti pat 36 mikrovadi, optiskie viļņvadi un dobi kanāli zāļu pārnēsāšanai. Nav iemesla neiekļaut sensorus arī temperatūras vai spiediena mērīšanai. Ķermeņa iekšpusē pareizie materiāli un struktūras var pat vilināt nervus, lai tie piestiprinātos pie šķiedrām, kā kauls savienojas ar gūžas implantu.

Šķiedru vilkšanas process lielus rakstus sarauj mikroskopiskos, saglabājot detaļas. Bet ir izaicinājumi. Sīkie vadi un caurules ir jānoņem, jāizlodē un jāpielodē ar roku, lai savienotu tos ar tādiem komponentiem kā ierakstīšanas ierīce, ko pele nēsā uz galvas. Tas ir diezgan murgs, saka Andress Kanaless, maģistrants, kurš cer atrisināt problēmu.

Vai polimēru bioloģiskie vadi galu galā izārstēs paralīzi, piemēram, pārraidot nervu signālus pāri ievainotām muguras smadzenēm? Es domāju, ka tā būs šīs tehnoloģijas versija, sarežģītāka versija, saka Anikejeva. Vismaz mēs ejam šo ceļu.

3. Sagatavju atlikumu kolekcija pēc zīmēšanas. Indija alvas stieņi ir redzami sagataves centrā pa kreisi.

4. Šķiedra tiek izvilkta no krāsns pēc uzkarsēšanas līdz 350 °C. Mikrometrs (sarkanā gaisma) uzrauga šķiedras izmēru.

5. Katru sagatavi ievelk vienā kilometrā šķiedras. Tagad tas ir apmēram 1/100 biezs nekā sākotnēji.

6. Šķiedra iesūcas THF, šķīdinātājā, lai noņemtu aizsargapšuvumu.

7. Šķērsgriezums 0,35 milimetrus platai šķiedrai, kas satur četrus elektrodus, šķidruma kanālu un gredzenveida viļņvadu. Labajā pusē caur viļņvadu spīd gaisma.

8. Šai pelei smadzenēs ir implantēta šķiedra. Uz tā galvas ir redzama shēmas plate, ports gaismas ievadīšanai un vēl divas narkotiku injicēšanas.

9. Optiski stimulējot peles smadzenes, rodas šeit reģistrētā elektriskā aktivitāte.

paslēpties