Кіборг-пуголовки відкривають нове вікно в розвиток мозку

Кіборг-пуголовки допомагають зрозуміти, як зароджується мозок

Як виникає мозок — один з найскладніших органів, здатний до самоусвідомлення, мислення і дій — буквально з нічого? Нове дослідження на пуголовках африканської кігтистої жаби (Xenopus laevis) наблизило нас до розгадки цього фундаментального питання.

Вперше вчені імплантували електронний чіп безпосередньо в ембріональну нервову пластинку, що передує формуванню мозку, і в режимі реального часу спостерігали, як розвивається нейронна активність.

Від електродів до м’яких біоелектронних сіток

Попередні методи дослідження розвитку мозку, як-от функціональна МРТ чи імплантація жорстких електродів, або не мали потрібної роздільної здатності, або пошкоджували тканину. Але команда Цзя Лю з Гарвардського університету розробила проривну технологію — ультратонку сітку зі спеціального полімеру-перфторополімеру, м’якість якого відповідає тканинам мозку.

Ця сітка була поміщена на нервову пластинку ембріона, де під час розвитку вона природно вбудовувалась у мозок, розгорталась разом із ним і зберігала функціональність.

“Інтегрувати всі компоненти й досягти такого функціоналу — неймовірне досягнення,” — зазначає Крістофер Бетінгер з Університету Карнегі-Меллона.

Ембріони, пуголовки і нормальні жаби

Важливо, що імплант не викликав імунної реакції і не пошкоджував тканини. Пуголовки розвивались згідно з нормальними біологічними патернами, і принаймні один із них досяг дорослого стану без відхилень.

Вимірювання показали, що нейронна активність змінюється разом із формуванням спеціалізованих структур, які відповідають за різні функції — від руху до сенсорної обробки. Такий неперервний запис активності від найперших етапів формування мозку досі був неможливим.

Відновлення мозку після травм — у фокусі майбутніх досліджень

У другій частині експерименту вчені дослідили, як мозок реагує на регенерацію після ампутації. Теорія про те, що мозок "відкочується" до раннього стану розвитку, підтвердилась на прикладі ампутацій у аксолотлів.

Наразі команда Лю працює над масштабуванням дослідження до гризунів, чий ембріональний розвиток відбувається в утробі. Це вимагає більш складних протоколів — штучного запліднення та непрямих методів зчитування сигналів. Проте потенціал таких досліджень — спостереження за найпершими ознаками станів, як-от аутизм або шизофренія — виправдовує зусилля.

Потенціал у реабілітації та нейрорегенерації

На думку експертів, подібні надгнучкі пристрої можна буде використовувати не лише в ембріології. Наприклад, у реабілітації після травм спинного мозку чи інсульту для спостереження за процесом нейром’язової регенерації.

“Це технічний прорив із величезним потенціалом для багатьох галузей,” — вважає Бетінгер.

У міру того як електроніка стає м’якшою, розумнішою та органічнішою, вона все глибше проникає в таємниці живого мозку — буквально від моменту його зародження. І можливо, саме завдяки пуголовкам ми отримаємо відповідь на запитання, що турбує науку століттями.