управление мозгом через намагниченные наночастицы
Новый тип наночастиц может подключаться к отдельным нейронам мозга
Сахрат Хизроев, ведущий инженер из Университета Майами, разработал новую технологию для обработки нейронных сигналов — магнитоэлектрические наночастицы (MENP). Созданная им система работает без нейроинтерфейсов — MENP передвигаются внутри организма человека через кровоток, свободно проникают в мозг через гематоэнцефалический барьер и считывают сигналы отдельных нейронов. Проекту всего несколько недель, но он уже привлек внимание Национального научного фонда и армии США — DARPA профинансирует дальнейшие исследования и создание первого прототипа.
«Наш мозг в значительной степени — это множество электрических двигателей, но что примечательно в случае с применением MENP, так это то, что они понимают не только язык электрических, но и магнитных полей. Как только MENP проникают в мозг и располагаются рядом с нейронами, мы можем стимулировать их внешним магнитным полем, и они, в свою очередь, создают электрическое поле, через которое мы можем взаимодействовать с нейронами без каких-либо проводов», — объяснил изобретатель изданию Futurism.
По словам Хизроева, другие проекты, связанные с нейроинтерфейсами, обречены на провал — в мозге более 80 млрд. нейронов, поэтому для точного анализа сигналов понадобится такое же количество микроэлектродов, считает ученый. По этой причине, единственный верный способ подключиться к мозгу — это беспроводная связь с поддержкой нанотехнологий.
Автор проекта предлагает ввести магнитоэлектрические наночастицы внутривенно, затем преодолеть защитный гематоэнцефалический барьер и подключиться к нейронным сигналам напрямую. Далее эти наночастицы будут соединяться со шлемом, в который встроен набор магнитных преобразователей. Последние будут отправлять и принимать важную для мозга информацию. Хизроев считает, что даже на ранней стадии разработки у такого подхода может быть несколько эффективных сценариев применения — от точного управления лекарствами для лечения нейродегенеративных заболеваний до обмена данными между компьютером и телом человека.
«Мы узнаем, как лечить болезнь Паркинсона, Альцгеймера и даже депрессию. MENP не только может произвести революцию в области нейробиологии, но потенциально может изменить многие другие аспекты нашей системы здравоохранения», — сообщил Хизроев.
Инженер также добавил, что MENP упростит изучение «вычислительной архитектуры мозга». А полученные знания упростят разработку нейроморфных компьютеров, которые будут имитировать работу живого организма.
Интерес к проекту уже проявили представители Национального научного фонда и Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA). Ведомства профинансировали исследование и заявили, что рассмотрят возможность использования MENP в военных целях.
Российские ученые научились управлять наночастицами в теле человека
МОСКВА, 2 ноя — РИА Новости. Исследователи из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта совместно с коллегами из Уральского федерального университета и Института электрофизики Уральского отделения РАН подтвердили возможность использования наночастиц оксидов железа в магнитном биодетектировании. Статья о проведенном исследовании опубликована в Journal of Magnetism and Magnetic Materials.
Магнитное биодетектирование — мультидисциплинарная область знаний на стыке физики, химии, материаловедения, нанотехнологий и медицины, призванная определять состояние организма по особенностям его отклика на приложение внешнего магнитного поля. Сами по себе ткани и жидкости живой системы обладают очень слабыми откликами на данное поле. Поэтому для биодетектирования необходимо вносить в организм магнитные метки — частицы, которые будут так или иначе реагировать на внешнее поле. Конечно, эти частицы должны быть безопасными для живых тканей и обладать малым размером, в пределах наномасштабов.
Устройство, с помощью которого осуществляется биодетектирование, называется биосенсором. Оно позволяет осуществлять сбор и хранение информации о биосистеме (в частности, о человеческом организме или его части) в автоматическом режиме. Даже не имеющий специальной медицинской подготовки человек может контролировать состояние и управлять различными биологическими системами, используя биосенсор.
В составе магнитного биосенсора работают как минимум два магнитных материала: сенсорный элемент, детектирующий слабые поля, а также наночастицы. Изменение магнитного поля в таком биосенсоре преобразуется в изменение частоты, тока или напряжения.
Использующиеся в биосенсоре магнитные наночастицы способны проникать в клетки избирательно. Например, только в раковые клетки, что позволяет диагностировать наличие и местоположение опухоли. Наночастицы эффективны и при лечении рака — переменное электромагнитное поле в определенных условиях приводит к быстрому разогреву наночастиц, находящихся внутри опухолевых клеток, что разрушает метастазы. Даже будучи установленным вне организма (но в зоне, максимально приближенной к опухоли), сенсор поля при внутривенном введении магнитных наночастиц дает возможность по силе сигнала точно определить момент, когда начать нагрев и уменьшить риск введения избыточного количества наночастиц в организм.
При этом специалисты отмечают: наночастицы, состоящие в ансамбле, несколько отличаются друг от друга по размеру, форме, особенностям поверхности. Следовательно, возникают различия в свойствах частиц (например, изменяется магнитный отклик), что может отразиться на качестве исследований. Самые малые отклонения параметров обеспечиваются только в пределах единовременно изготовленной партии. Потому для практических приложений важны новые способы, обеспечивающие получение больших партий одинаковых по свойствам магнитных наночастиц. Таким является метод лазерного испарения мишени для получения наночастиц из оксида железа, разработанный в Институте электрофизики Уральского отделения РАН.
Из полученных материалов в Уральском федеральном университете были созданы стабильные феррожидкости. Так называются системы, состоящие из воды или иного органического растворителя и крохотных частиц железосодержащего металла. При воздействии магнитного поля они меняют форму. В Балтийском федеральном университете имени Иммануила Канта in vitro (то есть вне живого организма, «в пробирке») исследовали феррожидкости с заданной концентрацией железа и клетки человека, полученные из жировой ткани. Эксперименты показали отсутствие повреждений живой ткани используемыми частицами.