Көп адамдар үшін көру сияқты сезім мүшесінен айырылу тек осалдықтың артуына ғана емес, өмір сапасының төмендеуіне де әкелетін ауыр оқиға болып табылады. Протездер кейде пайдалы болғанымен, олар сенсорлық ақпаратты — мысалы, теріміз арқылы оңай сезілетін текстура, ылғалдылық пен тығыздықты — миға жеткізе алмайды.

Сол себепті Чикаго маңындағы Солтүстік-Батыс университетінде жасалған ерекше оптогенетикалық құрылғы үлкен үміт тудырып отыр. Үй кілтінің көлеміндей және тиыннан жұқа жаңа сымсыз нейроимплант минималды инвазивті әдіспен бас терісінің астына енгізіледі, бұл бас сүйегін кесу мен бұрғылау сияқты кейбір операциялардан бас тартуға мүмкіндік береді. Нейроғалымдар жұмсақ әрі икемді «нейро-кілтті» бас сүйегінің бетіне орналастыра алады, ол арқылы нейрондарды белсендіретін жарық тікелей сүйек арқылы ми қыртысына бағытталады, табиғи сенсорлық арналарды айналып өтеді.

Эксперименттер мен нәтижелер

Nature Neuroscience журналында жарияланатын мақалада жетекші автор Минчжэн Ву және оның әріптестері тышқан миының модельдерінде нейро-кілт геномы өзгертілген жарыққа сезімтал балдырлардың нейрондар тобын дәл белсендіргенін сипаттайды. Көру, есту немесе сезу қабілетінен айырылған тышқандар жарық сигналдарын әртүрлі тапсырмаларды орындау үшін тез үйреніп, түсіне бастады.

«Біздің миымыз электрлік белсенділікті үнемі сезімге айналдырады, ал бұл технология бізге осы үдерісіне тікелей араласуға мүмкіндік береді», — дейді эксперимент жетекшісі, Солтүстік-Батыс университетінің Вайнберг өнер және ғылым колледжінің нейробиология профессоры Евгения Козоровицкая. — «Бұл платформа мидың жаңа сигналдарды қалай қабылдап, қолдануды үйренетінін бақылауға мүмкіндік береді. Бұл бізді жарақаттар мен аурулардан кейін жоғалған сезімдерді қалпына келтіруге және әлемді қабылдаудың негізгі қағидаларын түсінуге жақындатады».

Қолдану перспективалары

Оптогенетикалық импланттардың жұмыс істеуі үшін нейрондарды генетикалық өзгерту қажет болғандықтан, олар әзірге адамдарда қолдануға мақұлданбаған. Дегенмен, көру, есту немесе сезу қабілетін жоғалтқан адамдар үшін нейро-кілт — көз, құлақ және теріден сигнал алатын нейрондарды ынталандыратын құрылғылар арқылы — өмірді түбегейлі жақсартуға үміт береді. Мұндай технологиялар инсульттің неврологиялық салдарынан кейінгі оңалтуға, сондай-ақ кибернетикалық протездерді басқаруға қолданыла алады.

Созылмалы ауырсыну сияқты күрделі мәселелерді жеңілдету үшін нейро-кілт ауырсынуды опиоидтар мен жүйелік дәрілерге тән шығындар, жанама әсерлер мен тәуелділік қаупінсіз модуляциялауға мүмкіндік береді.

Технологиялық ерекшеліктері

Алғашқы зерттеулерде команда тек бір микро-светодиод қолданған, ал жаңа нұсқада 64 микро-светодиодтан тұратын массив бар. Бұл әртүрлі жиілік, қарқындылық және уақыттық реттілікпен шексіз паттерндер жасауға мүмкіндік береді. Әр светодиодты нақты уақытта басқару зерттеушілерге миға күрделі жарық паттерндерін беруге жол ашады, бұл сенсорлық тәжірибені таралған нейрондық белсенділік арқылы имитациялауға мүмкіндік береді.

«Бұл құрылғыны жасау бізден миға паттернделген стимуляцияны минималды инвазивті әрі толық имплантацияланатын форматта жеткізудің жаңа жолдарын ойлап табуды талап етті», — дейді Солтүстік-Батыс университетіндегі Куэрри Симпсон биоэлектроника институтының директоры, материалтану, биомедициналық инженерия және нейрохирургия профессоры Джон А. Роджерс. Роджерс жобаның технологиялық жағын басқарды.

«Біз диаметрі адам шашымен шамалас 64-ке дейін микро-светодиодтан тұратын жұмсақ, икемді массивті сымсыз басқару модулімен біріктіріп, толықтай тері астында орналасатын және жануарлардың табиғи мінез-құлқына әсер етпейтін жүйе жасадық. Бұл жүйені нақты уақытта бағдарламалауға болады», — деп толықтырды Роджерс.

Артықшылықтары мен болашағы

Роджерстің айтуынша, нейро-кілттің осындай құрылымдық ерекшеліктері миға сымдар мен сыртқы құрылғыларсыз әсер ете алатын құрылғыларды жасау жолында маңызды қадам болып табылады. Бұл тек нейроғылыми зерттеулер үшін ғана емес, адам денсаулығын жақсарту үшін де маңызды.

Оптогенетикалық технологиялар жаңа емес: 2021 жылы Козоровицкая мен Роджерс тышқандардың мінез-құлқын қашықтан басқаруға арналған бағдарламаланатын, сымсыз, батареясыз имплант жасаған болатын. Алайда көптеген ұқсас құрылғылар оптикалық талшықты сымдарды қажет етіп, жануарлардың қозғалысын шектеді, ал жаңа нейро-кілт тышқандарға еркін қозғалуға мүмкіндік береді.

Имплантация құрылғыны тері астына жасырады, сондықтан ол «мидағы электрод» секілді көзге түспейді және болашақта адамдар қолданғанда айналадағылардың реакциясынан қорықпайды. Бұл медициналық технологиялар үшін маңызды аспект, себебі ол адамның жеке өмірі мен қадір-қасиетін қалпына келтіру кезінде қорғайды.