Исследователи разработали гибкий мозговой имплант толщиной менее половины миллиметра. Через единый зонд устройство одновременно записывает электрическую активность нейронов, доставляет лекарства на различные глубины и стимулирует клетки светом. На мышах показано, что система работает с несколькими слоями мозга одновременно.

Разработку назвали микрофлюидным аксиальным электродом mAxialtrode. Полимерный зонд диаметром 420–440 микрометров содержит центральный световод и восемь микроскопических каналов вокруг него. Через каналы вводятся жидкости, а тонкие вольфрамовые проводники диаметром 20 микрометров работают электродами для регистрации активности нервных клеток.

Ключевое отличие mAxialtrode — скошенный конец. У обычных оптических волокон рабочие элементы сосредоточены на кончике, поэтому устройство взаимодействует с одной небольшой областью. Срез под углом распределяет выходы микроканалов и электроды вдоль оси импланта, обеспечивая доступ к нескольким глубинам без механического перемещения.

В экспериментах вещества, введённые через разные каналы, доставлялись на глубину до 2,7 мм. Обычное волокно с плоским концом при том же объёме жидкости обеспечивало диапазон 1,27 мм. Такая конструкция позволяет направлять разные препараты в отдельные участки ткани через один имплант.

Центральная часть зонда проводит синий свет (470 нм) и красный свет (около 650 нм). Этот свет нужен для оптогенетики — метода, при котором определённые нейроны предварительно делают чувствительными к свету, а затем управляют их активностью световыми импульсами.

На живых мышах исследователи проверили одновременную стимуляцию и запись сигналов. В одном из экспериментов нижние электроды находились в гиппокампе, верхние в коре, расстояние между крайними точками регистрации составило примерно 900 микрометров. Все восемь электродов записывали активность одновременно, система различала характерные различия тета-ритма между корой и гиппокампом.

Другой опыт показал, что имплант возбуждает светочувствительные нейроны синими импульсами и тут же регистрирует вызванную активность. Свет создаёт электрические помехи на ближайших электродах, но фильтрация сигнала снижает влияние таких артефактов. Авторы отмечают, что подобные помехи необходимо учитывать при одновременной оптической стимуляции и электрической регистрации.

Волокно изготовлено из гибких полимеров вместо жёсткого кремния или стекла. Разработчики рассчитывают, что более мягкий материал и заострённая форма наносят меньше повреждений при длительной имплантации. Через четыре недели после установки у мышей вокруг mAxialtrode наблюдалась менее выраженная реакция микроглии, чем вокруг полимерного волокна того же диаметра с плоским концом. Опыт проводился на небольшом числе животных, разница находилась у границы статистической значимости, поэтому выводы о биосовместимости требуют дополнительной проверки.

Сейчас mAxialtrode — прежде всего исследовательский инструмент. Один имплант заменяет несколько отдельных устройств для записи сигналов, введения препаратов и световой стимуляции, что особенно полезно при изучении цепей, проходящих через несколько слоёв мозга. Авторы рассматривают эпилепсию как одно из возможных направлений будущих исследований, поскольку эпилептическая активность распространяется между корой и более глубокими структурами.

До лечебного импланта для человека разработке ещё далеко. Исследователям предстоит проверить долговременную безопасность, стабильность электродов и микроканалов, работу системы при хронической имплантации и возможность управления устройством без громоздкого внешнего оборудования. Авторы предлагают добавить беспроводное управление и анализ сигналов в реальном времени, чтобы имплант мог реагировать на активность мозга и автоматически менять режим стимуляции или подачи препарата.