Создано тончайшее волокно, позволяющее передавать в мозг химические, оптические и электрические сигналы одновременно - «Наука и технологии»

Международная группа ученых, возглавляемая учеными из Массачусетского технологического института, создала первое в своем роде гибкое волокно, толщина которого сопоставима с толщиной человеческого волоса и которое позволяет передавать в мозг и получать обратно сигналы электрической, химической и оптической природы одновременно. Над созданием этого волокна работала ученые-материаловеды, химики, биологи и ученые других направлений, а в будущем, после того, как волокно приобретет еще более биологически совместимый характер, оно может быть использовано для изучения особенностей функционирования мозга, взаимосвязей между отдельными участками мозга и, естественно, для создания новых и более совершенных видов интерфейса между мозгом и компьютером.

Материал универсального "проводящего" волокна подбирался таким образом, чтобы обеспечить его максимальное подобие мягким нервным тканям. Это, в свою очередь, позволит подключать к мозгу имплантаты любой степени сложности, при этом, глубина "погружения в мозг" будет намного больше, чем это позволяют сделать используемые сейчас матрицы жестких металлических или кремниевых электродов.

Естественно, испытания функционирования волокна производились на подопытных животных. Через один из двух крошечных каналов внутри волокна в нейроны мозга грызунов был введен генетический препарат, делающий эти нейроны чувствительными к свету. Затем обработанные нейроны были освещены светом, переданным через оптический волновод внутри волокна. И под конец, ученые произвели регистрацию электрической деятельности отдельных нейронов, используя для этого электрическую проводимость определенных слоев волокна. И все это было сделано при помощи единственного волокна, толщиной около 200 микрометров, что чуть больше толщины человеческого волоса.

Ключевым моментом, позволившим создание такого многофункционального волокна, стала технология производства тончайших проводников, гибких и имеющих высокую электрическую проводимость. Основу проводников составляет тонкая полиэтиленовая трубочка, объем которой заполнен "хлопьями" графита. А процесс ее производства заключается в повторяющейся последовательности двух операций, нанесения графитового слоя на полиэтиленовую основу и сжатие всего этого под давлением с последующим нанесением очередного тончайшего слоя полиэтилена. Наличие графита в специальном полиэтилене, которой обладает собственной электрической проводимостью, увеличило его проводимость в четыре-пять раз.

Помимо высокой электрической проводимости, созданное волокно обладает прозрачностью, достаточной для передачи по нему оптических каналов. Кроме этого, за счет увеличения толщины одного из графитовых слоев во время производства, в одном волокне организовано два независимых световода, которые практически не оказывают влияния друг на друга. А полости, оставленные в объеме волокна, выступают в роли каналов, которые можно использовать для транспортировки по ним жидких веществ.

За счет малой толщины волокна ученые имеют возможность использовать матрицы таких волокон, охватывая ими достаточно большие участки мозга. Для демонстрации этой возможности волокна были помещены в несколько отдельных участков мозга подопытного животного, что это позволило ученым проследить пути следования нервных сигналов и сигналов ответных реакций мозга на эти сигналы.

В ближайшем времени ученые планируют уменьшить толщину многофункционального волокна, сделав его более гибким. Помимо этого, на замену полиэтилену ищется материал, который обеспечит волокну большую мягкость и увеличит его биологическую совместимость со всеми видами нервных тканей. А тем временем множество научных групп из различных уголков земного шара уже оценили возможности новой разработки и запросили в свое распоряжение некоторое количество многофункционального волокна для проведения собственных исследований.