Живые электроды

По различным причинам иногда появляется необходимость внедрения в биологические организмы инородных тел. В частности, вживления электродов. Однако до недавних пор в биоэлектронике применялись жесткие материалы, которые плохо совмещались с живой тканью. Недавно специалистам из Линчепингского, Лидсского и Гетеборгского университетов (Швеция) удалось вырастить мягкие электроды прямо внутри организмов. Статья о результатах работы была опубликована в издании Science.

Идея непосредственного внедрения в человеческое тело электронных устройств уже вовсю реализуется. Скажем, вживление в мозг электродов оказалось практически единственной возможностью вернуть к более-менее нормальной жизни тех, кто страдает тяжелыми недугами или травматическими поражениями центральной нервной системы. Возьмем хотя бы проект Neuralink, запущенный компанией небезызвестного Илона Маска. Речь идет о беспроводном импланте с 1024 гибкими электродами, способном в перспективе вступать в контакт с любыми электронными устройствами – от протезов до автомобилей, а также управлять облачными сервисами.

Американская компания Cуberkinetics разработала кибернетическую систему BrainGate для людей с ограниченными физическими возможностями. В ходе испытаний в кору головного мозга молодого человека, страдавшего параличом, вживили микрочип, улавливающий нейронные импульсы и посылающий команды электронным устройствам. Это позволило паралитику пользоваться телевизионным пультом, играть в некоторые компьютерные игры, читать и отправлять электронную почту. Сейчас разрабатываются и технологии, которые позволят таким пациентам управлять своим телом при помощи электронной стимуляции нужных участков мозговой коры.

Компания Synchron в свою очередь занялась разработкой интерфейса, который будет поддерживать связь между мозгом и компьютером через… кровеносные сосуды! Как сообщает издание Wired, имплант, разработанный Synchron, помещается внутрь трубки-стента, который в свою очередь подключается к яремной вене на шее. После этого стенты проводят через сеть сосудов к первичной моторной коре мозга. Через инфракрасный передатчик, хирургическим путем помещенный в грудную клетку, информация идет на компьютер.

Команда американских и австралийских ученых и инженеров испытала новое изобретение на двух пациентах, страдающих боковым амиотрофическим склерозом (БАС), приводящим к атрофии мышц и параличу. Их задачей было научиться посредством нового интерфейса посылать текстовые сообщения и путешествовать по Сети.

Конечно, освоить инновацию добровольцам удалось далеко не сразу. Поначалу, хотя электроды улавливали поступающие из мозга сигналы, машинные алгоритмы не всегда были способны их распознать. Однако несколько недель спустя оба испытуемых уже могли использовать айтрекер (систему отслеживания движений глаз) для перемещения курсора по монитору, а также применять функции импланта, для того чтобы двигать мышь. Постепенно парализованные люди даже смогли самостоятельно делать покупки в онлайн-магазинах. Ученые предположили, что аналогичным образом можно будет помочь и людям, у которых в силу тех или иных причин отсутствуют различные типы чувствительности, например обоняние, осязание, невозможность ощущать вкус пищи…

Группа биологов и программистов из Калифорнийского университета разработала имплантат, который при помощи стимуляции отдельных участков мозга якобы способен снимать симптомы таких недугов, как шизофрения, депрессия, болезнь Альцгеймера, облегчать состояние при наличии мозговых опухолей.

Ряд специалистов заявляют, что имплантация в мозг определенных устройств может помочь и в борьбе с наркоманией. Ведь, если «отключить» в мозгу реакцию на наркотик так называемых центров удовольствия, принимать запрещенные вещества станет незачем.

Основная проблема функционирования электронных схем в связке с живыми организмами заключается в том, что со временем естественные ткани растут и изменяются. Поэтому искусственные элементы в такой среде могут окисляться, подвергаться коррозии, врастать в ткани и терять свою функциональность либо даже пагубно влиять на здоровье. В иных случаях начинается отторжение инородного тела, что может привести и к летальному исходу. Порой для того, чтобы откорректировать ситуацию, требуется достаточно серьезное хирургическое вмешательство.

Избежать этих проблем можно, создав материал, достаточно мягкий и гибкий для того, чтобы не пришлось соединять его с естественной тканью при помощи швов, но при этом довольно прочный, чтобы можно было ввести его в организм.

Чтобы решить эту задачу и устранить фактор несовместимости, ученые разработали метод динамического создания мягких проводящих материалов без подложки в биологической среде. Они провели серию экспериментов по формированию электродов in vivo (в живом организме) на рыбках данио и пиявках. В ходе опытов исследователи использовали эндогенные метаболиты – молекулы, включающие в себя фермент оксидаза для образования перекиси водорода, пероксидазу, отвечающую за катализ окислительной полимеризации, а также водорастворимый сопряженный мономер, полиэлектролит, предназначенный для ковалентного сшивания, и, наконец, поверхностно-активное вещество для стабилизации.

Как пояснили авторы разработки, все упомянутые биохимические вещества способны запускать реакции ферментативной полимеризации своих органических предшественников. Чтобы это произошло, в организм посредством инъекции вводится особый гель. После чего начинают формироваться полимерные цепочки, способные проводить электрический ток.

Эксперименты на животных показали, что гель не причинял им никакого вреда, а сформированные электроды не отторгались клетками и иммунной системой.

Сделан еще один шаг к тому, чтобы человек стал полноценным киборгом. Вредно это или полезно, этично или неэтично, гуманно или негуманно, но, похоже, нам в самом ближайшем будущем этого не избежать…

Ирина ШЛИОНСКАЯ