Изследователи са създали гъвкав мозъчен имплант с дебелина по-малко от половин милиметър, който може едновременно да записва електрическата активност на невроните, да подава лекарства на различна дълбочина и да стимулира клетките със светлина. Тестовете върху мишки са показали, че устройството е способно да работи едновременно с няколко слоя на мозъка, въпреки че технологията все още не е готова за прилагане при хора.

Авторите са нарекли разработката си „микрофлуиден аксиален електрод“ (mAxialtrode). В изследването е описана полимерна сонда с диаметър от 420-440 микрометра, с централен светловод и 8 микроскопични канала около него. През каналите могат да се вкарват течности, а при поставянето на тънки волфрамови проводници с диаметър 20 микрометра те се превръщат в електроди за регистриране на активността на нервните клетки.

Основната разлика между mAxialtrode и много от влакнестите импланти се състои в скосения му край. При обикновеното оптично влакно работните елементи са съсредоточени в самия край, поради което устройството взаимодейства предимно с една малка област от тъканта. Разрезът под ъгъл разпределя изходите на микроканалите и електродите по оста на импланта, благодарение на което един сонда получава достъп едновременно до няколко дълбочини без нужда от механично преместване.

В експериментите изследователите са вливали вещества през различни канали и са успели да разпределят точките на доставка по дълбочина на разстояние до 2,7 милиметра. При обикновено влакно с плосък край при същия обем течност обхватът е 1,27 милиметра. Тази конструкция позволява насочването на различни препарати към отделни участъци от тъканта чрез един имплант. Централната част на сондата функционира като оптично влакно и пренася синя светлина с дължина на вълната 470 нанометра и червена светлина с дължина на вълната около 650 нанометра. Такава стимулация е необходима за оптогенетиката – метод, при който определени неврони предварително се правят чувствителни към светлина, а след това тяхната активност се активира или потиска чрез светлинни импулси.

Изследователите провериха едновременната стимулация и записването на сигнали върху живи мишки. В един от експериментите долните електроди са били разположени в хипокампуса, а горните – в мозъчната кора, като разстоянието между крайните точки на регистриране достигаше приблизително 900 микрометра. Всичките осем електрода са записвали активността едновременно, а системата е успяла да различи характерните разлики в тета-ритъма между кората и хипокампуса.

Отделен експеримент показа, че имплантът може да възбужда светлочувствителните неврони със сини импулси и веднага да регистрира предизвиканата активност. При това светлината създава електрически смущения на най-близките електроди, но авторите са успели да намалят влиянието на такива артефакти чрез филтриране на сигнала. Изследователите подчертават, че подобни смущения трябва да се вземат предвид при едновременна оптична стимулация и електрическа регистрация.

Самото влакно е изработено от гъвкави полимери, а не от твърд силиций или стъкло. Авторите очакват, че по-мекият материал и заострената форма ще причиняват по-малко увреждане на тъканта при продължителна имплантация. Четири седмици след поставянето при мишките около mAxialtrode е наблюдавана по-слабо изразена реакция на микроглия, отколкото около полимерно влакно със същия диаметър и плосък край. Опитът обаче е проведен върху малък брой животни, а получената разлика е била близо до приетата граница на статистическа значимост, поради което все още е рано да се правят конкретни заключения относно биосъвместимостта.

Понастоящем mAxialtrode остава преди всичко изследователски инструмент. Той може потенциално да замести няколко отделни устройства за записване на сигнали, вливане на лекарства и светлинна стимулация, което е особено полезно при изучаването на вериги, преминаващи през няколко слоя на мозъка. Авторите разглеждат епилепсията като едно от възможните направления за бъдещи изследвания, тъй като епилептичната активност може да се разпространява между кората и по-дълбоките структури.

До разработването на лечебен имплант за хора има още дълъг път. Изследователите трябва да проверят дългосрочната безопасност, стабилността на електродите и микроканалите, работата на системата при хронична имплантация и възможността за управление на устройството без обемисто външно оборудване. В бъдеще авторите предлагат да се добавят безжично управление и анализ на сигналите в реално време, за да може имплантът да реагира на мозъчната активност и автоматично да променя режима на стимулация или подаване на лекарството.