Миниатюрные датчики-импланты могут прийти на смену электродам

Частичка нейропыли: 3 мм в длину, 1 мм в высоту и 4/5 мм в толщину.

Учёные Калифорнийского университета в Беркли (The University of California, Berkeley) разработали первые миниатюрные беспроводные сенсоры, которые можно имплантировать в тело. Новые датчики позволяют стимулировать нервы и мускулы, и учёные надеются, что однажды с их помощью можно будет лечить эпилепсию, мобилизовать иммунную систему или подавлять воспалительные процессы. Принципы работы устройства описаны в статье, опубликованной в журнале Neuron.

Так называемая «нейропыль» записывает и воспроизводит информацию с помощью ультразвука. Ультразвук уже широко используется в больницах и, в отличие от радиоволн, проникает практически в любую часть организма. «Измерения непосредственно в теле раньше были недоступны, потому что не существовало способа засунуть что-нибудь супермаленькое суперглубоко, — говорит Мишель Махарбиц (Michel Maharbiz), один из авторов исследования. — Но теперь я могу взять пылинку, «припарковать» её рядом с нервом, органом, вашим ЖКТ или мускулом и считать данные».

Сенсоры, размером 1 кубический миллиметр, содержат пьезокристалл, который преобразует ультразвуковые колебания в электричество. Оно питает маленький транзистор, находящийся в контакте с нервом или мышечным волокном. Скачок напряжения в ткани изменяет электрическую цепь и колебания кристалла, а он искажает посланный прибором звук. Отражение сигналов, называемое «обратным рассеянием», позволяет определить напряжение.

Нейропыль протестировали на лабораторных животных: учёные имплантировали датчики в мышечные волокна и периферическую нервную систему крыс и посылали им 540-наносекундные ультразвуковые импульсы каждые 100 микросекунд. Это позволило считывать информацию в режиме реального времени. По словам исследователей, новые устройства будут так же хорошо работать в ЦНС и других системах организма. «Я думаю, что в долгосрочной перспективе область применения нейропыли не ограничится нервами и мозгом, а будет гораздо шире», — комментирует Махарбиц.

Датчики первого поколения покрыты материалом на основе эпоксидной смолы, но в будущем учёные собираются использовать тонкие биосовместимые плёнки, которые могут находиться в организме более десяти лет. Современные вживляемые электроды разлагаются в течение 1—2 лет, и работают от проводов, пропущенных через отверстия в черепе. «Когда нейропыль пройдёт клинические испытания, она заменит проволочные электроды», — говорит член научной группы Хосе Кармена (Jose Carmena).

Теперь учёные намерены уменьшить размер «пылинок», опробовать новые материалы и усовершенствовать передатчик ультразвука. Кроме того они пытаются использовать устройство для регистрации неэлектрических сигналов, например, уровня гормонов или кислорода.

Над созданием имплантируемых устройств активно работают учёные по всему миру, их используют не только для диагностики, но и для лечения и расширения возможностей организма. Вот некоторые проекты и достижения в этой области:

Программа правительства США работает над устройствами, вживляемыми в нервную систему

Мозговые имплантаты для лечения психики

Беспроводной нейроинтерфейс для управления синтезатором речи

Парализованная крыса ходит благодаря вживлённым электродам

Бионический глаз-имплант установлен пациенту из Великобритании

Почему киборгизация неизбежна?