Имплант для мониторинга активности отдельных нейронов испытали на людях

Исследователи из США и Китая впервые успешно испытали на людях мозговой имплант, позволяющий регистрировать активность отдельных нейронов. Устройство NeuroGrid позволит выявлять очаги поражения в мозге больных эпилепсией. Статья опубликована в журнале Science Advances.

Эпилепсия — неврологическое заболевание, при котором в отдельных участках мозга возникает патологическое возбуждение нейронов, что приводит к судорогам. Причинами возникновения таких эпилептических очагов являются повреждения мозга — например, в результате опухоли, инсульта, инфекционных заболевания и многих других факторов. По данным на 2013 год, активной эпилепсией страдает около 2,9 миллиона людей, причем около трети из них развивается рефрактерная эпилепсия — то есть эпилепсия, не поддающаяся действию лекарств.

В случаях рефрактерной эпилепсии единственное, что могут сделать врачи, — это хирургическим путем удалить из мозга очаги патологической активности. Однако для этого нужно идентифицировать эти очаги, и это как раз и представляет наибольшую трудность. В случаях, когда простого применения ЭЭГ недостаточно, в мозг больного часто на какое-то время (чаще всего на 1-2 недели) имплантируют решетку из электродов, регистрирующих активность нейронов. Однако такие решетки крайне некомфортные и вызывают воспаление, а кроме того, очень дорогие. Но главный их недостаток заключается в том, что они способны регистрировать активность только групп нейронов, а не индивидуальных клеток.

В прошлом году та же команда ученых разработала электродную решетку, лишенную всех этих недостатков. Новое устройство, названное NeuroGrid, не причиняет дискомфорта, не вызывает воспаления и обладает высокой точностью, регистрируя активность индивидуальных нейронов. Тогда имплант был успешно испытан на мышах.

NeuroGrid представляет собой решетку толщиной около 4 микрон, сделанную из парилена (поли-n-ксилилена). Решетка покрывает площадь коры мозга около 420 мм2. По консистенции она напоминает тонкую целлофановую пленку и хорошо прилипает к влажным поверхностям — таким как головной мозг. На решетке сидит 120 полимерных проводящих электродов. На каждые 10 из них приходится один провод, который присоединяется к силиконовому чипу, находящемуся вне мозга и выполняющему функцию усилителя сигнала. Чип проводит компрессию сигналов и по проводу посылает их в компьютер, который затем проводит их декомпрессию и анализ.

Теперь авторы провели испытания NeuroGrid на пяти пациентах, которым были назначены различные операции на головном мозге. На время операции устройство имплантировали в мозг и наблюдали за его работой. По окончании операции устройство удаляли. Имлант проявил себя так же хорошо, как и в экспериментах на мышах: точно регистрировал активность отдельных нейронов и не раздражал ткань головного мозга. В дальнейшем авторы планируют усовершенствовать имплант: сделать блок питания и усилитель сигнала полностью имплантируемыми в мозг, а также усилить их эффективность.

Похожий имплант из гибких микроэлектродов, не повреждающих ткань мозга и регистрирующих активность отдельных нейронов, был недавно разработан и успешно испытан на мышах учеными из Гарвардского университета. А японские ученые разработали наноиглы, регистрирующие активность индивидуальныз нейронов при введении непосредственно внутрь клетки. Также недавно успешные испытания на крысах прошла «нейропыль» — микроскопические, питающиеся ультразвуком беспроводные датчики, способные регистрировать активность нервов и мышц.