Новые технологии могут значительно продвинуть исследования в различных областях, включая медицину и неврологию. Например, в последние годы инженеры создают все более сложные устройства для высокоточной регистрации активности мозга и других биологических сигналов.

Междисциплинарная исследовательская группа из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) и других институтов США недавно разработала Neuro-stack, новую носимую технологию, которая может регистрировать активность отдельных нейронов в мозге во время ходьбы или движения человека. Это устройство, представленное в статье, опубликованной в журнале Nature Neuroscience, может помочь собрать ценные сведения об активности нейронов во время ходьбы, а также потенциально улучшить методы лечения заболеваний мозга.

"Наше исследование было продиктовано потребностью в более компактных и гибких устройствах для клинической нейронауки", - рассказал Medical Xpress Деян Маркович, один из исследователей, проводивших исследование. "Нашими основными задачами было создание устройства, которое было бы достаточно маленьким для ношения, для проведения мобильных экспериментов и для обеспечения широкополосной записи, включая локальные потенциалы поля и одиночные единицы".

Устройство Neuro-stack, созданное Марковичем и его коллегами, имеет размер примерно со стопку карточек, что намного меньше, чем существующие устройства для записи активности одиночных нейронов. Это делает их особенно подходящими для мобильных экспериментов, в которых участники движутся или выполняют динамические задачи.

"Проще говоря, устройство слушает мозг и говорит с мозгом", - объясняет Маркович. "Его самая уникальная особенность - способность записывать отдельные нейроны у свободно двигающихся людей. Другой важной особенностью является возможность настраивать форму стимуляции, а также время стимуляции относительно фазы тета-активности".

Устройство исследователей основано на интегральных схемах с ультранизкой мощностью и площадью. Когда человек надевает его или держит в руке, устройство регистрирует активность отдельных нейронов с высоким разрешением.

Кроме того, система Neuro-stack может стимулировать нейроны в мозге с помощью серии стратегически расположенных электродов. Эти стимуляции могут быть легко и дистанционно запрограммированы для исследования или лечения конкретных заболеваний мозга.

"Самый важный вклад - это возможность исследовать работу мозга во время натуралистического поведения человека на уровне отдельных нейронов", - сказал Маркович. "Раньше такие исследования были возможны только на животных моделях, поэтому эта технология дает возможность соединить десятилетия нейронаучных открытий в разных видах".

Маркович и его коллеги первоначально испытали свое устройство в лабораторных условиях. После проверки его конструкции они провели серию реальных испытаний на пациентах с диагнозом эпилепсия.

Эти пациенты перенесли хирургическую операцию, в ходе которой в глубокие слои мозга имплантировали несколько электродов в качестве лечения эпилептических припадков. Команда успешно использовала Neuro-stack для записи активности отдельных нейронов в мозге этих пациентов с высоким разрешением и для точной электрической стимуляции.

Кроме того, исследователи использовали свое устройство для записи активности отдельных нейронов и локального полевого потенциала (LFP) во время ходьбы человека. Затем они также смогли расшифровать нейронную активность в режиме реального времени, когда участник выполнял простую задачу на запоминание.

В будущем Neuro-stack может помочь продвинуть исследования, изучающие нейрофизиологические основы заболеваний человека, а также потенциально сделать возможной более совершенную нейромодуляционную терапию заболеваний мозга. Тем временем Маркович и его коллеги планируют создать другие усовершенствованные устройства на основе конструкции Neuro-stack, что может облегчить внедрение их технологии в клинических условиях.

"Эти новые устройства позволили бы нам разработать платформу данных для исследований и разработки терапии", - добавил Маркович. "Устройство будет развиваться до имплантируемой формы, для которой у нас уже есть опыт, для лечения заболеваний мозга на основе сети. Платформа данных и имплантируемое устройство откроют пути к лечению различных заболеваний в будущем. В конечном итоге мы представляем себе малоинвазивные имплантаты, которые будут широко доступны".