Zespół naukowców z University of California w San Diego wprowadził przełom w neuronauce zajmującej się działaniem mózgu i umysłu, opracowując elastyczny, przezroczysty implant. Ten innowacyjny wynalazek obiecuje znaczące uproszczenie procesu badań mózgu, eliminując konieczność naruszania ciągłości tkanek.
Okno do wnętrza mózgu
Wykorzystując nowoczesne materiały i technologie, opracowany implant umożliwia obserwację i analizę głębszych warstw mózgu bez naruszania jego struktury. To narzędzie to nowe możliwości w zrozumieniu złożonych procesów zachodzących w mózgu, takich jak mechanizmy pamięci czy wpływ przepływu krwi na aktywność neuronów.
Implant to cienki, przezroczysty i elastyczny pasek polimerowy, który dopasowuje się do powierzchni mózgu. Jest on osadzony w układzie drobnych, okrągłych elektrod grafenowych o dużej gęstości, każda o średnicy 20 mikrometrów. Każda z nich jest połączona cienkim drutem z płytką drukowaną. W testach na myszach transgenicznych implant umożliwił badaczom jednoczesne przechwytywanie informacji o wysokiej rozdzielczości na temat dwóch rodzajów aktywności neuronalnej – elektrycznej i wapnia.
Po umieszczeniu na powierzchni mózgu rejestrował on sygnały elektryczne z neuronów w zewnętrznych warstwach. Jednocześnie badacze użyli mikroskopu dwufotonowego, aby przepuścić przez niego światło lasera, aby zobrazować wypustki wapnia w neuronach znajdujących się nawet 250 mikrometrów pod powierzchnią.
Odkryto korelację między powierzchniowymi sygnałami elektrycznymi a skokami wapnia w głębszych warstwach, która umożliwiła wykorzystanie powierzchniowych sygnałów elektrycznych do szkolenia sieci neuronowych w zakresie przewidywania aktywności wapnia, na różnych głębokościach.
Tradycyjne metody badawcze ograniczały się do powierzchniowych obserwacji mózgu lub inwazyjnego dostępu do jego głębszych warstw. Nowa technologia pozwala na dokładne badanie zarówno powierzchniowych, jak i głębokich struktur mózgu, co było wcześniej niemożliwe bez użycia igieł.
Sztuczna inteligencja – klucz do sukcesu
Wykorzystując sztuczną inteligencję, naukowcy są w stanie analizować i interpretować dane pochodzące z różnych warstw mózgu. Dzięki AI, obserwacje warstwy powierzchniowej dostarczają informacji o procesach zachodzących w głębszych warstwach mózgu.
Kombinacja ultracienkich, przezroczystych elektrod z grafenu oraz zaawansowanych algorytmów sztucznej inteligencji pozwala na synchroniczne prowadzenie badań elektrycznych i obrazowych. To synergiczne połączenie dostarcza naukowcom bardziej kompleksowych danych o działaniu organu.
Naukowcy z UC San Diego planują rozszerzenie badań na inne gatunki zwierząt, a w dalszej przyszłości na ludzi. Profesor Kuzum podkreśla, że technologia ta ma szerokie zastosowanie w neuronauce i może radykalnie zmienić podejście do badań mózgu.
