Νέα ασύρματη συσκευή χρησιμοποιεί φως για να στείλει πληροφορίες στον εγκέφαλο
Σε μια σημαντική πρόοδο για τη νευροβιολογία και τη βιοηλεκτρονική, επιστήμονες του Πανεπιστημίου Northwestern παρουσίασαν μια καινοτόμο ασύρματη συσκευή που αξιοποιεί το φως για να μεταφέρει πληροφορίες απευθείας στον εγκέφαλο, παρακάμπτοντας τις φυσικές αισθητηριακές οδούς του σώματος.
Πώς λειτουργεί η συσκευή
Η μαλακή και ευέλικτη συσκευή τοποθετείται κάτω από το τριχωτό της κεφαλής, αλλά πάνω από το κρανίο, όπου εκπέμπει ακριβή μοτίβα φωτός μέσω του οστού για να ενεργοποιήσει νευρώνες σε όλο τον φλοιό του εγκεφάλου. Στις δοκιμές, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν μικρές, σχεδιασμένες εκρήξεις φωτός για να ενεργοποιήσουν συγκεκριμένες ομάδες νευρώνων σε βάθος στον εγκέφαλο μοντέλων ποντικών. Αυτοί οι νευρώνες είναι γενετικά τροποποιημένοι ώστε να ανταποκρίνονται στο φως.
Τα ποντίκια γρήγορα έμαθαν να ερμηνεύουν αυτά τα μοτίβα ως σημαντικά σήματα, τα οποία μπορούσαν να αναγνωρίσουν και να χρησιμοποιήσουν. Ακόμα και χωρίς την παρουσία αφής, όρασης ή ήχου, τα ζώα κατάφεραν να λάβουν πληροφορίες που τους επέτρεψαν να λάβουν αποφάσεις και να ολοκληρώσουν επιτυχώς συμπεριφορικές εργασίες.
Προοπτικές της τεχνολογίας
Η τεχνολογία αυτή προσφέρει τεράστιες δυνατότητες για διάφορες θεραπευτικές εφαρμογές. Αυτές περιλαμβάνουν την παροχή αισθητικής ανατροφοδότησης για προσθετικά μέλη, την παροχή τεχνητών ερεθισμάτων για μελλοντικά προσθετικά όρασης ή ακοής, τη ρύθμιση της αντίληψης του πόνου χωρίς τη χρήση οπιοειδών ή συστηματικών φαρμάκων, την ενίσχυση της αποκατάστασης μετά από εγκεφαλικό επεισόδιο ή τραυματισμό, και τον έλεγχο ρομποτικών μελών μέσω του εγκεφάλου.
Η μελέτη αναμένεται να δημοσιευθεί τη Δευτέρα (8 Δεκεμβρίου) στο περιοδικό Nature Neuroscience. Η Yevgenia Kozorovitskiy, νευροβιολόγος του Northwestern και επικεφαλής της πειραματικής εργασίας, δήλωσε: “Οι εγκέφαλοί μας μετατρέπουν συνεχώς την ηλεκτρική δραστηριότητα σε εμπειρίες, και αυτή η τεχνολογία μας δίνει έναν τρόπο να εισέλθουμε απευθείας σε αυτή τη διαδικασία. Αυτό το σύστημα μας επιτρέπει να δημιουργούμε εντελώς νέα σήματα και να παρακολουθούμε πώς ο εγκέφαλος μαθαίνει να τα χρησιμοποιεί.”
Η σημασία της έρευνας
Ο John A. Rogers, πρωτοπόρος στη βιοηλεκτρονική του Northwestern, πρόσθεσε: “Η ανάπτυξη αυτής της συσκευής απαιτούσε επαναστατική σκέψη σχετικά με το πώς να παρέχουμε σχεδιασμένη διέγερση στον εγκέφαλο με έναν τρόπο που είναι ελάχιστα επεμβατικός και πλήρως εμφυτεύσιμος. Με την ενσωμάτωση ενός μαλακού, προσαρμόσιμου πίνακα μικρο-LED, δημιουργήσαμε ένα σύστημα που μπορεί να προγραμματιστεί σε πραγματικό χρόνο, παραμένοντας πλήρως κάτω από το δέρμα, χωρίς να επηρεάζει τις φυσικές συμπεριφορές των ζώων.”
Η νέα αυτή μελέτη βασίζεται σε προηγούμενη έρευνα, όπου οι Kozorovitskiy και Rogers παρουσίασαν την πρώτη πλήρως εμφυτεύσιμη, προγραμματιζόμενη, ασύρματη συσκευή που είναι ικανή να ελέγχει νευρώνες με φως. Αυτή η προηγούμενη μελέτη, που δημοσιεύθηκε το 2021, χρησιμοποίησε έναν μόνο μικρο-LED για να επηρεάσει τη συμπεριφορά των ποντικών, επιτρέποντας τους να συμπεριφέρονται φυσιολογικά σε κοινωνικές καταστάσεις χωρίς περιορισμούς.
