Komanda no KAIST un Jonsejas Universitātes demonstrējusi, ka bezvadu smadzeņu implantu iespējams vadīt pāri okeānam. Komanda no Čikāgas nosūtīja komandas uz laboratoriju Tedžonā Dienvidkorejā, kas atrodas 10 596 kilometru jeb 6584 jūdžu attālumā. Signāls pa internetu nonāca līdz datoram Korejas laboratorijā, un tas bezvadu režīmā aktivizēja implantu. Sistēmas vidējais reakcijas laiks bija aptuveni 109 milisekundes.

Ierīce nosaukta par RAPIDO, un tā ir pietiekami maza, lai to varētu nēsāt brīvi pārvietojoša žurka. Implantam ir divas savstarpēji atsevišķi vadāmas funkcijas: pa smalku kanālu tas var ievadīt vielu noteiktā smadzeņu vietā, bet miniatūra LED gaismas diode var nodrošināt gaismas stimulāciju. Abas darbības iespējams programmēt iepriekš un palaist arī attālināti internetā.

Mazākas cilvēka klātbūtnes ietekmes eksperimentos

Attālināta vadība varētu būt nozīmīga neirozinātnes pētījumos, kuros cilvēka ienākšana eksperimenta telpā vai tuvošanās dzīvniekam var mainīt tā uzvedību. Attālināti darbināma ierīce ļautu mazināt šo ietekmi, turklāt vienā eksperimentā varētu piedalīties pētnieki dažādās pasaules vietās.

RAPIDO atšķiras ar uzpildāmu zāļu kasetni un iespēju ilgākā laikposmā atkārtoti ievadīt ieprogrammētas devas, vienlaikus nodrošinot gaismas stimulāciju. Tas samazina nepieciešamību atkārtoti ņemt dzīvnieku rokās vai veikt papildu operācijas, lai nomainītu implantu. Pētījuma vadītājs, KAIST elektrotehnikas inženieris Dže Vūns Džons, uzsver, ka šāda pieeja paver iespēju veikt ilgstošus eksperimentus ar mazāku tiešu iejaukšanos.

Divi eksperimenti ar žurkām

Pirmajā eksperimentu sērijā tika pārbaudīta zāļu ievades sistēma. Implants žurku nucleus accumbens jeb smadzeņu apvidū, kas ir saistīts ar atalgojuma un motivācijas procesiem, ievadīja dažādas kokaīna devas. Atšķirīgās devas izraisīja tām atbilstošas izmaiņas dzīvnieku kustībās, un šo efektu izdevās atkārtot pēc divām, trim un četrām nedēļām kopš implanta ievietošanas.

Rezultāti rāda, ka ierīce vairākas nedēļas spēj atkārtoti un kontrolēti ievadīt vielu, radot izmērāmas uzvedības izmaiņas. Taču šis izmēģinājums nebija atkarības ārstēšanas pārbaude.

Otrajā eksperimentā tika izmantota optoģenētika — metode, kurā konkrētas šūnas vai to procesi tiek padarīti jutīgi pret gaismu. Lai nodalītu gaismas iedarbību no zāļu ievades, kokaīnu žurkām šajā testā ievadīja vēderā, nevis ar implantu. Dzīvnieki, kuri saņēma kokaīnu bez gaismas stimulācijas, vēlāk priekšroku deva nodalījumam, kas bija saistīts ar narkotiskās vielas saņemšanu.

Citā grupā implanta gaisma nosacīšanas laikā aktivizēja RhoA signālceļu. Šīm žurkām neveidojās tāda pati priekšroka kokaīna saņemšanai saistītajam nodalījumam. Tas ļauj pētīt cēloņsakarības starp konkrētām nervu sistēmas manipulācijām un uzvedību, tomēr nenozīmē, ka ierīce būtu izārstējusi vai ārstējusi kokaīna atkarību.

Līdz izmantošanai cilvēkiem vēl tālu

RAPIDO pašlaik ir pētniecības platforma, nevis klīniska medicīnas ierīce. Lai šādu tehnoloģiju kādreiz varētu izmantot cilvēka smadzenēs, būtu jāpierāda tās ilgtermiņa drošība un uzticamība, jāizvērtē materiālu saderība ar organismu, zāļu ievades precizitāte, aizsardzība pret kļūmēm un implanta hermētiskums. Papildu sarežģījumus radītu optoģenētika, jo tai nepieciešama droša gaismas jutību nodrošinošu gēnu ievadīšana.

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