No Čikāgas vadīts smadzeņu implants Dienvidkorejā reaģē 109 milisekundēs

Pētnieku komanda ir attālināti vadījusi bezvadu smadzeņu implantu Dienvidkorejā, nosūtot komandas no Čikāgas vairāk nekā 10 596 kilometru attālumā. Signāls internetā nonāca līdz datoram laboratorijā Tedžonā, kas tālāk bezvadu režīmā aktivizēja implantu. Vidējā sistēmas reakcija bija aptuveni 109 milisekundes.

Eksperiments ir būtisks kā inženiertehnisks apliecinājums tam, ka neirozinātnes pētījumu ierīci iespējams droši vadīt no citas valsts. Izstrādātāji uzsver, ka runa nav par cilvēkiem paredzētu ārstēšanas metodi, bet gan par platformu, kas varētu palīdzēt pētīt saikni starp konkrētiem smadzeņu procesiem un uzvedību.

Divas funkcijas vienā mazā ierīcē

Sistēmu, ko nosaukuši par RAPIDO, izstrādājuši KAIST un Jonsejas Universitātes pētnieki. Tā ir pietiekami maza, lai to varētu nēsāt brīvi kustīga žurka, un tā smadzenēs spēj veikt divas atšķirīgas darbības: caur ļoti smalku kanālu ievadīt noteiktu vielu un ar miniatūru LED gaismas avotu radīt gaismas stimulāciju.

Abas funkcijas iespējams kontrolēt atsevišķi, kā arī ieplānot iepriekš. Atšķirībā no iepriekšējiem līdzīgiem implantiem RAPIDO ir atkārtoti uzpildāma zāļu kasetne, un ierīce ļauj internetā programmēt gan vielas devas, gan gaismas stimulāciju.

Šāda pieeja var samazināt pētnieku klātbūtnes ietekmi uz eksperimenta dzīvnieku uzvedību. Ja cilvēkam nav jāienāk eksperimenta telpā vai jāpieiet dzīvniekam, lai darbinātu aprīkojumu, iegūtie dati potenciāli ir mazāk pakļauti šim traucējošajam faktoram. Turklāt vienā eksperimentā varētu iesaistīties zinātnieki, kuri atrodas dažādās vietās.

Kokaīna devas un gaismas stimulācija žurkām

Pēc attālinātās vadības pārbaudes komanda novērtēja abas implanta funkcijas atsevišķos eksperimentos ar žurkām. Pirmajā pētījumu sērijā implants ievadīja dažādas kokaīna devas tieši nucleus accumbens jeb smadzeņu apvidū, kas ir saistīts ar atalgojuma un motivācijas procesiem.

Atšķirīgās devas izraisīja atbilstošas pārmaiņas dzīvnieku kustīgumā. Šo efektu izdevās atkārtot pēc divām, trim un četrām nedēļām kopš implanta ievietošanas. Rezultāti rāda, ka ierīce vairākas nedēļas spēj atkārtoti ievadīt kontrolētas devas un radīt izmērāmas uzvedības izmaiņas.

Otrajā eksperimentā tika pārbaudīta optoģenētikas iespēja ietekmēt to, kurai videi dzīvnieki vēlāk dod priekšroku. Optoģenētikā noteiktas šūnas vai to procesi tiek padarīti jutīgi pret gaismu, lai tos varētu aktivizēt ar gaismas signālu.

Šajā reizē kokaīnu žurkām ievadīja vēdera dobumā, nevis ar implantu, lai nošķirtu gaismas stimulācijas ietekmi. Dzīvnieki, kuri saņēma kokaīnu bez gaismas stimulācijas, vēlāk priekšroku deva nodalījumam, ko saistīja ar vielas saņemšanu. Savukārt grupā, kurā implantā radītā gaisma nosacīšanas laikā aktivizēja RhoA signālceļu, šāda priekšroka pret ar kokaīnu saistīto nodalījumu neizveidojās.

Ne terapija, bet instruments turpmākiem pētījumiem

Pētījuma rezultāti nenozīmē, ka implants būtu ārstējis kokaīna atkarību. Eksperimenti bija koncepcijas pārbaude ar žurkām, un iemācītas priekšrokas mazināšana nav tas pats, kas jau nostiprinātas atkarības ārstēšana.

Līdz izmantošanai cilvēkiem būtu jāatrisina vairāki sarežģīti jautājumi: jāapliecina ierīces ilgtermiņa drošums un uzticamība smadzenēs, bioloģiskā saderība, korpusa izturība, zāļu ievades precizitāte un kļūmju drošības mehānismi. Optoģenētikas izmantošana cilvēkiem prasītu arī drošu gaismas jutību nodrošinošu gēnu ievadīšanu.

Bezvadu implanti, kas apvieno zāļu ievadi un gaismas stimulāciju, nav pilnīgs jaunums. Taču RAPIDO vienā sistēmā apvieno atkārtotu zāļu ievadi, mērķētu gaismas stimulāciju, programmējamu darbību un vadību internetā. Pētījums publicēts žurnālā Science Advances.