Ниферон (niferon) wrote,
Ниферон
niferon

Categories:
  • Music:

"Мечта" человечества о совместимых с мозгом электронных чипах ещё ближе.

"Мировой лидер в области идентификации животных"

Посвященный, по большей части, науке и технике сайт membrana.ru несколько дней назад опубликовал статью "Шёлковый чип показал чудеса совместимости с живым мозгом" со следующей информацией:
Электроды, размещённые в мозге, могут поставлять медикам (и, как следствие, каким угодно заинтересованным в этом лицам) информацию о месте и времени возникновения эпилептического припадка (это мало для кого актуально, слава богу, но как повод для проведения таких исследований на людях хорошо подходит) , данные о работе нейронов в "неисправных" областях (вероятное определение слова неисправный в данном случае: тот, к которому прилегает чип) или использоваться для управления электроникой силой мысли парализованного человека.(Логичное следствие: электроника если и не станет управлять силой мысли самого человека, не обязательно парализованного, то СМОЖЕТ использоваться для управления обменными процессами в его организме, регуляции уровня гормонов, его эмоций, да и просто напряжением мышц. Таким образом чтобы обездвижить кого-либо, или заставить замолчать оператору нужно будет просто послать сигнал на соответствующий чип с командой напрячься опредленной группе мышц. То, что при таком воздействии можно вызвать инсульт или смерть носителя "электронного клейма" тоже очевидно.) Но для успеха и гарантии здоровья пациента очень важен дизайн таких электродов.


При внедрении контактов в мозговую ткань возникает большая проблема: сложная геометрия поверхности коры не позволяет вживлять действительно широкие массивы датчиков. Либо такая имплантация несёт с собой слишком много повреждений, либо контакт получается слабый, а часть электродов так и вовсе не работает (участки в углублениях оказываются им недоступны). Было много попыток создать идеал имплантата, но, быть может, самый перспективный вариант появился только сейчас (*фанфары*).

"Биосовместимость представляет собой серьёзную проблему для нового поколения медицинских имплантатов, – говорит Брайан Литт. – Мы хотели создать ультратонкие устройства, сделанные из биосовместимых материалов, которые могут быть вставлены в мозг через маленькие отверстия в черепе" (фото с сайта upenn.edu).

"Мы хотели создать ультратонкие устройства... которые могут быть вставлены в мозг через маленькие отверстия в черепе"
Изобретатель электронного клейма, Брайан Литт и его ребёнок, судя по всему, имеющий некоторые отклонения в развитии.

Чтобы наконец-то совместить большую арену сбора надёжных сигналов с минимальным воздействием на мозг, нужно было придумать решётку контактов, по гибкости и "адаптивности" превосходящую всё ранее виденное.
Именно такое достижение продемонстрировали Брайан Литт из медицинской школы университета Пенсильвании, Джон Роджерс из университета Иллинойса и ряд их коллег из других университетов США, а также Китая (куда же без него, подопытный материал там в избытке).
Учёным (ребята вообще догадываются, как это будет использоваться?) не составляет труда произвести тонкие контакты и проводки, скажем, из золота. При толщине в считанные микрометры они будут достаточно мягкими, чтобы повторять рельеф коры. Но сначала их ведь необходимо как-то пристроить на место работы с высокой точностью, не смяв и не порвав тонкий металл. Логичный выход: нужна подложка, разлагаемая после того, как она выполнит свою задачу.
Такой строительной основой для нового типа имплантата стал субстрат из фиброина натурального шёлка, взятого из кокона шёлкопряда. Материал этот достаточно упругий и прочный, чтобы устройством можно было манипулировать в ходе хирургической операции, но при этом достаточно мягкий, чтобы снизить риск травмы.
Поверх шёлковой подложки авторы новой технологии разместили тонкую сетку из полиимида (был использован материал каптон), она служит для электрической изоляции и для формирования правильного рисунка из проводящих дорожек и контактов.

Самое интересное началось после того, как решётку поместили в тот участок мозга, работу которого необходимо зафиксировать (кто добровольно согласился на такой эксперимент?). При контакте с внутренней средой организма белок шёлковой основы начал растворяться.
Оставшийся свободным ажурный каркас из тонких проводков и контактов, сидящий на полимерной сетке, за счёт действия капиллярных сил начал изгибаться, точно повторяя форму коры мозга в данном месте, словно термоусадочная упаковка. Теперь он плотно прилегал к ней, в то же время не повреждая. (Но теперь, чтобы удалить этот каркас нужно быть гораздо более осторожным и такая операция будет сопровождаться бОльшим риском повреждения тканей)
Кстати, варьируя предварительную обработку шёлкового материала, исследователи добились регулировки времени рассасывания основы чипа в пределах от нескольких минут до часов. Эта регулировка должна пригодиться при выполнении сложных операций на мозге.

Вот оно, это "чудо техники" размером 1,5 на 1,9 см:
Здесь показаны размеры чипа, в том числе ширина проводящих дорожек и контактов. Толщина же их в разных экземплярах устройства составляла 2,5 и 7 микрометров. Белым цветом и стрелкой отмечена полимерная сетка, жёлтым – внедрённый в неё металл.<br></br>Внизу: серия опытов с обёртыванием новой схемы вокруг цилиндров разного диаметра (сверху вниз) при различной толщине сэндвича (слева направо). Красные и синие надписи отмечают, соответственно, случаи, когда изгиб подложки недостаточен и когда имплантат хорошо прилегает к цилиндру (иллюстрации Dae-Hyeong Kim et al./Nature Materials).
Здесь показаны размеры чипа, в том числе ширина проводящих дорожек и контактов. Толщина же их в разных экземплярах устройства составляла 2,5 и 7 микрометров. Белым цветом и стрелкой отмечена полимерная сетка, жёлтым – внедрённый в неё металл.
Внизу: серия опытов с обёртыванием новой схемы вокруг цилиндров разного диаметра (сверху вниз) при различной толщине сэндвича (слева направо). Красные и синие надписи отмечают, соответственно, случаи, когда изгиб подложки недостаточен и когда имплантат хорошо прилегает к цилиндру (иллюстрации Dae-Hyeong Kim et al./Nature Materials).
Авторы работы изготовили несколько вариантов своего устройства, отличные по толщине шёлковой основы и ряду других параметров, а также сравнительный аналог без шёлка. Они тщательно замерили механические свойства образцов, проверив их сначала на моделях мозга, а затем и на лабораторных животных.

Учёные показали, что тонкий шёлковый вариант обеспечивает хороший контакт с мозгом, в то же время исключая раздражение и рубцевание живой ткани.
Решающей проверкой стала имплантация таких сэндвичей в мозг взрослых кошек. Учёные поместили электроды в зрительную кору животных. Регистрируя ток от нервных клеток при визуальной стимуляции (кошкам показывали различные картинки), экспериментаторы доказали, что тонкая сетка, высаженная на коре при помощи шёлковой основы, даёт самый чёткий и подробный сигнал в сравнении с традиционными толстыми проволочными электродами.

"Шёлковый" чип и его тест на модели мозга, а также на стеклянных трубках (фотографии Dae-Hyeong Kim et al./Nature Materials).

"Шёлковый" чип и его тест на модели мозга, а также на стеклянных трубках.

Важно, что на участке имплантации не наблюдалось никакого воспаления по меньшей мере за все четыре недели опыта. Это значит, что электроды нового дизайна, по всей видимости, можно будет оставлять имплантированными в голову людей-пациентов на месяцы, а может, и на годы, что открывает совершенно новые перспективы для исследований в области неврологии и терапии (видимо, значение слова "терапия" здесь сугубо психиатрическое)
Тут, правда, встаёт вопрос о подтягивании других компонентов имплантата до такого уровня гибкости и совместимости. Так, чтобы не тянуть множество проводников наружу, следует снабдить контактный чип микросхемой обработки и шифровки сигнала, а ещё лучше — радиопередатчиком.

Помимо кошек авторы "шёлкового чипа" испытали технологию на мышах. На срезе (вверху слева) показан имплантат (B) толщиной 100 микрометров, размещённый между слоями эпидермиса (A) и гиподермиса (C). Срез сделан через 4 недели после внедрения плёнки. Никаких следов воспаления, следовательно, выбранный материал толерантен к живой ткани по меньшей мере на этот срок, – заключают авторы опыта. <br></br>Справа: решётка электродов при сильном увеличении. Внизу слева: схематический разрез чипа. Синий цвет – шёлк, зелёный – полимер, жёлтый – золото (фото Dae-Hyeong Kim et al./Nature Materials; C. Conway, J. Rogers/Beckman Institute).

Помимо кошек авторы "шёлкового чипа" испытали технологию на мышах. На срезе (вверху слева) показан имплантат (B) толщиной 100 микрометров, размещённый между слоями эпидермиса (A) и гиподермиса (C). Срез сделан через 4 недели после внедрения плёнки. Никаких следов воспаления, следовательно, выбранный материал толерантен к живой ткани по меньшей мере на этот срок, – заключают авторы опыта.

Справа: решётка электродов при сильном увеличении. Внизу слева: схематический разрез чипа. Синий цвет – шёлк, зелёный – полимер, жёлтый – золото.

Создание интегрированных систем такого типа требует построения по аналогичному принципу биосовместимых цифровых чипов, а также — источников питания. И в данном направлении Роджерс, Литт и их коллеги уже движутся.

Они построили опытный образец чипа на шёлке, содержащего кремниевые транзисторы, и проверили его на лабораторных животных (правда, ещё не на мозге). Аналогично учёные пробуют создать ультратонкие аккумуляторы, сводящие к минимуму воздействие на живую ткань.
Все эти компоненты ещё предстоит свести вместе и проверить их безопасность. Но в перспективе это может привести к рождению совершенно потрясающих устройств: гибких чипов-имплантатов, которые можно было бы внедрять в нужное место организма через минимальный надрез, через катетер. Внутри чипы бы расправлялись и занимали нужную позицию, а затем годами передавали информацию о работе клеток медикам.
Так что работы пока ещё не закончены и полной "информации о работе клеток" и контроля над их функциями без сильных повреждений организма "медикам" пока просто так не получить, тем более без ведома этого самого "организма".
Дейл спешит на помощь. Чип на подходе.
Электронный чип спешит на помощь.





Tags: , имплантирование, медицина, преступный ум, психиатрия, техника, электроника
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 18 comments