Wie eine gut bewachte Festung, das menschliche Gehirn-Angriffe und Eindringlinge zu sehen. Die ausländischen Objekte, einschließlich neuronale Sonden zur Untersuchung und Behandlung von Gehirn, nicht lange. Aber jetzt, Forscher haben eine Sonde, die aussieht, handelt und fühlt so viel wie ein echtes neuron, dass das Gehirn nicht erkennen kann, der Hochstapler. Laut Charles M. Lieber, dieser Durchbruch „buchstäblich verwischt die immer anwesend und klare Unterschiede in den Eigenschaften zwischen dem Menschen und lebenden Systemen.“ Sie haben verwischt die Grenze zwischen Mensch und Maschine.
Lieber, Josua und Beth Friedman University Professor an der Harvard University, und seine Mitarbeiter sind Autoren auf eine neue Veröffentlichung in Nature Materials , stellt eine bioinspirierte design für neuronale Sonden.
Implantiert, die direkt ins Gehirn-Gewebe, die Sonden sind entworfen, um zu überleben, so lange wie möglich in der Orgel der warmen, feuchten und unwirtlichen Umgebung. Sensoren verborgen im schützenden Gehäuse senden von Daten zurück an die Forscher. Zu wissen, wie und Wann einzelne Neuronen feuern und neuronale schaltkreise miteinander kommunizieren informieren könnte, wie die Behandlung von neurologischen Störungen wie Parkinson, reverse neuronalen Verfall von Alzheimer und Altern, oder sogar Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten.
Aber die aktuellen Implantate können nicht trick das Gehirn—verursachen Sie eine Fremdkörper-Reaktion. Groß und steif im Vergleich zu echten Neuronen und neuronalen Gewebe, traditionelle Implantate haben zwei große Hindernisse, die es zu dauerhaften überwachung. Während der anfänglichen Platzierung in Hirngewebe—die in der Regel erfordert Chirurgie—Neuronen, die Flucht aus dem betroffenen Bereich. Frühere Studien haben gezeigt, dass das Gehirn, das Immunsystem erkennt die fremden Objekt und ruft die Arbeit, verursacht Entzündungen und Narbengewebe zu isolieren, das Gerät. Auch wenn Sie erfassen Signale über das Narbengewebe, starren Sonden kann eine Verschiebung der position und am Ende ersetzen neuronale signal für eine andere, näher ein.
„Dies wird letztlich das aufgenommene signal instabil ist,“ sagte ersten Autor Xiao Yang, im vierten Jahr student im Aufbaustudium in der Lieber-Labor. Trägt einen lila und rosa gesprenkelte Pullover, Brille und jeans, zog Sie Ihre hohlen Hände zusammen, dann auseinander, dann wieder zusammen, als Sie erklärte, wie Sie und Ihr team baute eine Sonde, die begeistert vernachlässigbar Immunantwort, Aufzeichnungen neuronale Signale innerhalb eines Tages nach der implantation, und kann auch fördern die regeneration von Gewebe.
„Das Stereotyp des neuronalen Sonde ist, dass Sie sind Riesen im Vergleich zu den neuron Ziele, die Sie verhören. Aber in unserem Fall, sind Sie im wesentlichen die gleiche“, sagte Yang. Ihre Sonde imitiert drei Funktionen, die zuvor nicht möglich gewesen zu erreichen, in einem Labor: die Form, die Größe und die Flexibilität, die eine tatsächliche neuron.
Neuronen, die sehen ein bisschen aus wie Kaulquappen, mit Runden Köpfen und langen, flexiblen Schwanz. So, Yang und Ihre Kollegen erstellten ein „Kopf“ zu Haus Ihre Metall-Aufnahme-Elektrode, welche mit der Größe des Neurons soma (oder Zellkörper). Ihre wire interconnect schlängelt sich durch eine ultra-flexible polymer „Schwanz“, ähnlich den Neuronen der neurite. Laut Yang, deren neuron-wie Elektronik (NeuE) „5 bis 20-mal flexibler als die meisten flexible Sonden bisher gemeldet.“ Diejenigen, die Sie besiegt wurden eigene Netz Elektronik.
Die Breite eines typischen Neurons „Kopf“ ist ungefähr das gleiche, eine sehr feine Haarsträhne (20 Mikrometer), und der „Schwanz“ kann 10-20 mal feiner. Die Messung der gleichen-oder sogar noch dünner breiten -, neuron -, die wie elektronische ist die kleinste Sonde noch. Handwerk Ihre mikroskopischen Werkzeugen, Yang und Ihre Kollegen stützte sich auf der Photolithographie, die Licht nutzt zur übertragung ein Muster auf material und baut die Sonde vier verschiedene Schichten von Metall und polymer zu einem Zeitpunkt.
Einmal gebaut, das team verwendet eine Spritze zu injizieren sechzehn Ihrer Zelle Nachahmer in der hippocampus-region—ausgewählt wurde für seine zentrale Rolle bei lernen, Gedächtnis und Altern—Gehirn einer Maus. Dort entfalten Sie erstellen eine poröse web, imitiert das Gehirn der Kreuz und quer durch neuron-Netzwerk.
Größeren, festen Sonden ausschließen native Zellen aus Ihrem Gebiet und können stören die neuronalen schaltkreise, die Forscher versuchen, um zu studieren. Yang-Sonden ermöglichen die Zellen, um sich vollständig integrieren und weniger als 1% des Volumens wo Sie eingepflanzt werden. Ab so früh als einen Tag zu Monate später, Neuronen, integrieren Sie mit dem künstlichen Netzwerk, bilden eine harmonische hybrid. Diese assimilation erklärt, warum das team erzielt, stabile Daten-Sammlung auch noch Monate nach der implantation. Sie haben nicht einmal zu verlieren, ein neuron signal. Stattdessen haben Sie gewonnen.
„In eine unerwartete und spannende Ergebnis“, so Yang, die neue neuronale Signale geben, dass Neugeborene Neuronen kann den künstlichen neuron-wie in der Elektronik als ein Gerüst zu erreichen beschädigten Bereiche des Gehirns und helfen, Gewebe regenerieren.
Regenerative Therapien in der Regel verlassen sich auf Stammzellen zu helfen, das Gehirn für den Wiederaufbau nach Schäden. Aber, wie größere Sonden, transplantierte Stammzellen können verursachen eine Immunantwort, die dadurch Ihr Wirksamkeit. Neuron-wie Elektronik statt Rekruten endogene Stammzellen aus dem host-Gehirn und hilft, Sie Wandern in die beschädigte region. Da Sie nicht Fremdkörper, das Gehirn, das Immunsystem lässt Sie in Ruhe arbeiten. Obwohl weitere Forschung ist nötig, um die neuron-wie Elektronik könnte schließlich bieten Sie eine sichere, stabile alternative zur Behandlung von neurologischen Erkrankungen, Hirnschäden und sogar Depressionen und Schizophrenie, wo der zusätzliche nutzen der aktiven überwachung und Modulation der regeneriert neuronale Netze möglich sein wird.