Ученые-нейробиологи и врачи-невропатологи уже достаточно давно пытаются выяснить, что происходит с мозгом в процессе его старения, деградации в результате болезней Паркинсона и Альцгеймера, как мозг реагирует на различные раздражители и что он делает, обрабатывая поступающую извне информацию. Для всего этого требуется, как минимум, возможность получения картины деятельности нейронов на протяжении длительных промежутков времени, и это является достаточно сложной проблемой, с которой сталкиваются ученые, работающие в данном направлении.
1473009835_e-news.su_20160831_3_1
электроды в нервных тканях
Самым качественным методом получения информации о деятельности мозга на уровне отдельных нейронов является использование вживляемых электродов, которые, помимо всего прочего, можно использовать и для электрической стимуляции. Но матрицы таких электродов являются достаточно жесткими, они раздражают прилегающие к ним нервные ткани и это вызывает реакцию иммунной системы, отторжение чужеродных тканей или обволакивание электродов защитным слоем клеточных тканей. Такая реакция организма, в свою очередь, затрудняет процесс передачи, съема электрических сигналов и большинство систем с вживляемыми электродами остаются способными сохранять свою работоспособность лишь в течение короткого промежутка времени, который исчисляется сутками и, максимум, неделями.

Более-менее успешно решить эту проблему удалось ученым из Гарвардского университета, возглавляемым профессором химии Чарльзом Либером (Charles Lieber). Созданная ими сетка вживляемых электродов практически лишена всех недостатков и ее применение уже позволило произвести запись деятельности нейронов мозга подопытного животного непрерывно на протяжении восьми месяцев, чего уже достаточно для отслеживания «долговременных» изменений мозга.

Основой новых вживляемых электродов является сетка из очень тонких кремниевых проводников, покрытых слоем биологически совместимого полимерного материала. Толщина проводников и защитного слоя выбраны так, что в точках пересечения нанопроводников образуются своего рода полевые транзисторы. Размеры этих сеток столь малы, что они сворачиваются естественным образом, попав в жидкость с определенной концентрацией солей, и могут быть введены в мозг при помощи шприца. Попав в мозг, сетка распрямляется и закрепляется на поверхности нейрона.

В данном случае нейрон начинает выступать в роли управляющего электрода (затвора) полевого транзистора. Когда он активируется и генерирует электрический импульс, транзистор открывается и через него протекает ток, который измеряется специальным устройством, что позволяет получить достаточно четкую картину сигналов, циркулирующих в нейронах головного мозга.

Сейчас исследователи пробуют включить в матрицу открытые электроды, которые позволят реализовать процесс электрического возбуждения нейронов. Такая комбинация позволит ученым в случае идентификации ранней стадии заболевания использовать электрическую стимуляцию для остановки или замедления этого процесса. Помимо всего этого, группа Чарльза Либера собирается использовать данную технологию и на других участках нервной системы, к примеру, сетка электродов на сетчатке глаза может снабдить ученых информацией о работе зрительной системы. А электроды, внедренные в спинной мозг, смогут дать ученым массу новой информации и обеспечить совершенно новые формы терапевтического лечения.

Источник