Створено найтонше волокно, що дозволяє передавати в мозок хімічні, оптичні та електричні сигнали одночасно

Міжнародна група вчених, очолювана вченими з Массачусетського технологічного інституту, створила перше у своєму роді гнучке волокно, товщина якого порівнянна з товщиною людської волосини і яке дозволяє передавати в мозок і отримувати назад сигнали електричної, хімічної і оптичної природи одночасно.

Над створенням цього волокна працювала вчені-матеріалознавці, хіміки, біологи і вчені інших напрямків, а в майбутньому, після того, як волокно придбає ще більш біологічно сумісний характер, воно може бути використано для вивчення особливостей функціонування мозку, взаємозв’язків між окремими ділянками мозку і, природно, для створення нових і більш досконалих видів інтерфейсу між мозком і комп’ютером.

Матеріал універсального “проводить” волокна підбирався таким чином, щоб забезпечити його максимальну подібність м’яким нервових тканинах. Це, в свою чергу, дозволить підключати до мозку імплантати будь-якого ступеня складності, при цьому, глибина “занурення в мозок” буде набагато більше, ніж це дозволяють зробити використовувані зараз матриці жорстких металевих або кремнієвих електродів.

Природно, випробування функціонування волокна проводилися на піддослідних тварин. Через один з двох крихітних каналів всередині волокна в нейрони мозку гризунів був введений генетичний препарат, який робить ці нейрони чутливими до світла. Потім оброблені нейрони були висвітлені світлом, переданим через оптичний хвилевід всередині волокна. І під кінець, вчені виробили реєстрацію електричної діяльності окремих нейронів, використовуючи для цього електричну провідність певних верств волокна. І все це було зроблено за допомогою єдиного волокна, товщиною близько 200 мікрометрів, що трохи більше товщини людської волосини.

Ключовим моментом, що дозволив створення такого багатофункціонального волокна, стала технологія виробництва найтонших провідників, гнучких і мають високу електричну провідність. Основу провідників становить тонка поліетиленова трубочка, обсяг якої заповнений “пластівцями” графіту. А процес її виробництва полягає в повторюваної послідовності двох операцій, нанесення графітового шару на поліетиленову основу і стиснення всього цього під тиском з наступним нанесенням чергового найтоншого шару поліетилену. Наявність графіту в спеціальному поліетилені, якою володіє власною електричну провідність, збільшило його провідність в чотири-п’ять разів.

Крім високої електричної провідності, створене волокно володіє прозорістю, достатньою для передачі по ньому оптичних каналів. Крім цього, за рахунок збільшення товщини одного з графітових шарів під час виробництва, в одному волокні організовано два незалежних світловода, які практично не впливають один на одного. А порожнини, залишені в обсязі волокна, виступають в ролі каналів, які можна використовувати для транспортування по ним рідких речовин.

За рахунок малої товщини волокна вчені мають можливість використовувати матриці таких волокон, охоплюючи ними досить великі ділянки мозку. Для демонстрації цієї можливості волокна були поміщені в кілька окремих ділянок мозку піддослідної тварини, що це дозволило вченим простежити шляху проходження нервових сигналів і сигналів відповідних реакцій мозку на ці сигнали.

В найближчому часі вчені планують зменшити товщину багатофункціонального волокна, зробивши його більш гнучким. Крім цього, на заміну поліетилену шукається матеріал, який забезпечить волокну велику м’якість і збільшить його біологічну сумісність з усіма видами нервових тканин. А тим часом безліч наукових груп з різних куточків земної кулі вже оцінили можливості нової розробки і запросили в своє розпорядження кілька багатофункціонального волокна для проведення власних досліджень.