211service.com
Drobné elektrody pro mozek
Nový typ polymerové nano elektrody by mohl učinit mozkové implantáty, včetně těch, které se používají k léčbě závažných případů Parkinsonovy choroby, mnohem bezpečnějšími, a také by mohl usnadnit pokusy o obnovení zraku a pohybu pomocí přímých rozhraní mozek-stroj. Rodolfo Llinas , profesor neurovědy na New York University, a výzkumníci z MIT vyvinuli nanodrátovou elektrodu o šířce pouhých 600 nanometrů, která dokáže odesílat a přijímat signály do mozku.
Vědci z NYU a MIT vyvinuli flexibilní elektrodu, která dokáže vysílat nebo přijímat signály z mozkových buněk. Elektrodu lze zavést do mozku krevními cévami, což eliminuje potřebu otevírat pacientovu lebku pro některé neurologické léčby. (S laskavým svolením Ziny Deretsky, National Science Foundation.)
Elektroda vyvinutá Llinasem a spolupracovníky je tak malá, že by mohla být zavedena tepnou, možná v paži nebo třísle, a závitem až do mozku. Vzhledem k tomu, že elektroda je malý zlomek velikosti červené krvinky a je flexibilní, může být protažena nejmenšími krevními cévami a dostat se dostatečně blízko k neuronům hluboko v mozku, aby detekovaly a dodávaly elektrické signály.
[ Kliknutím sem zobrazíte obrázky elektrody v krevních cévách.]
Jedna současná léčba závažných případů Parkinsonovy choroby, nazývaná hluboká mozková stimulace, zahrnuje implantaci elektrod, které vysílají vysokofrekvenční elektrické pulzy, které vypínají části mozku odpovědné za symptomy onemocnění (viz Mozkové kardiostimulátory). Takové léčby jsou však riskantní a nákladné, částečně proto, že vyžadují, aby byla pacientova lebka otevřena, aby bylo možné chirurgicky zavést elektrody do mozkové tkáně.
Konvenční elektrody, které nyní měří v milimetrech, mohou také poškodit krevní cévy v mozku, říká Joseph Pancrazio, programový ředitel pro projekty neurálního inženýrství v Národním institutu neurologických poruch a mrtvice (NINDS), jednoho z Národních institutů zdraví. Využitím nanorozměrů k provlečení elektrod vaskulaturou můžete snížit riziko mrtvice, říká. Toto je zcela nestandardní způsob, jak přemýšlet o umožnění hluboké mozkové stimulace. Myslím, že se to může vyplatit z hlediska bezpečnosti, účinnosti, robustnosti a biokompatibility. Určitě je to oblast, kterou se musíme vážně zabývat.
To, že bychom nemuseli otevřít lebku, by bylo jasnou výhodou oproti tomu, co nyní děláme, říká Jeff Bronstein , neurolog z lékařské fakulty UCLA, který říká, že tisíce pacientů s Parkinsonovou chorobou podstoupily procedury hluboké mozkové stimulace.
John Heiss, neurochirurg z NINDS, varuje, že nejprve bude nutné prokázat, že nanodrátky nezpůsobují komplikace, jako jsou krevní sraženiny. Poznamenává také, že i když by hlavu nebylo nutné otevírat, takový postup by stále vyžadoval nějakou invazivní operaci. Heiss však říká, že pokud se postup ukáže jako bezpečný, mohla by hluboká mozková stimulace učinit atraktivnější alternativu v dřívějších fázích Parkinsonovy choroby.
Kromě použití v hluboké mozkové stimulaci Llinas říká, že jeho elektrody by mohly detekovat signály, řekněme, v oblasti lidského mozku odpovědného za řízení pohybu paží. Tyto signály by pak mohly být použity k pohonu robotické paže a obnovovat některé schopnosti lidí paralyzovaných poraněním mozku a míchy. Llinas říká, že první aplikací nanodrátových elektrod může být směrování nervových impulzů kolem poškozených oblastí míchy, buď do jiných nervů, nebo přímo do svalů, případně obnovení funkce ochrnutých končetin.
Nano elektrody by také mohly hrát roli při zlepšování kochleárních implantátů používaných k obnově sluchu. Protože jsou elektrody tak malé, mohlo by být možné zvýšit počet elektrod používaných v kochleárním implantátu, stimulovat širší oblast a dát zvuku více barvy, říká Patrik Anquetil , postdoktorand strojního inženýrství na MIT a jeden z výzkumníků projektu. Říká, že první komerční využití nanodrátových elektrod je pravděpodobně ještě pět let daleko.
V budoucnu vědci plánují postavit řiditelné elektrody. K tomu použijí polymer, který se smršťuje v reakci na elektřinu. Svazek takových nanodrátů by mohl být nasměrován tak, že by se vybrané nanodrátky smrštily.
Vědci se domnívají, že nakonec by se svazek nanodrátů mohl částečně řídit sám. Anquetil říká, že vyrobili polymery, které fungují jako tlakové senzory, a vidí možnost použití polovodičových polymerů jako základu pro jednoduché elektrické spínače. Jedna věc, která nás na tom opravdu vzrušuje, je v zásadě neexistuje žádný důvod, proč byste se stejným materiálem nemohli postavit celý systém, ve kterém máte kontrakci, měření, snímání a výpočty.
Zatímco první svazky by používaly relativně málo elektrod, tisíce by se nakonec mohly seskupit dohromady a vytvořit balíček ne širší než 1-2 milimetrové sondy, jak říká Llinas, které se dnes používají v mozku. Jakmile se přiblíží k cílové oblasti, nanodrátky se budou moci oddělit. Dráty by se pak rozprostřely a zatlačily do rozvětvené sítě kapilár. To by výzkumníkům umožnilo monitorovat a dodávat impulsy jednotlivým neuronům hluboko uvnitř mozku v distribuované oblasti, což je schopnost, která by mohla být přínosem pro výzkumníky mozku, kteří se nyní omezují na použití relativně malých polí elektrod.