Вікно в людський мозок: перший у світі прозорий імплантат дасть змогу спостерігати за його роботою

Десятиліттями вчені намагаються зрозуміти, як працює людський мозок, але все ще залишається занадто багато загадок. І все ж їм вдалося зробити науковий прорив: учені вперше в історії буквально відкрили вікно в людський мозок і змогли спостерігати за його роботою в режимі реального часу, пише IFLScience.

Дослідники вставили прозору панель у череп пацієнта і змогли збирати за її допомогою дані зображень з високою роздільною здатністю, поки пацієнт не спав або виконував конкретні завдання. Фактично це вперше, коли щось подібне було втілено в життя.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Пацієнтом, який добровільно погодився взяти участь у цьому експерименті, став 39-річний Джаред Хагер, який отримав черепно-мозкову травму під час катання на скейтборді у 2019 році. Унаслідок травми частину черепа чоловіка довелося видалити, щоб дати місце тканині мозку для набухання в міру загоєння.

Спочатку пандемія коронавірусу завадила медикам встановити прозорий протез Хагеру для відновлення черепа — в результаті пацієнту довелося чекати понад два роки. В очікуванні операції Хагер зголосився брати участь у дослідницькому проєкті, яким керував професор Медичної школи Кека і директор Центру нейровідновлення Університету Південної Каліфорнії Чарльз Лю, у співпраці з колегою Джонатаном Рассіном і командою з Каліфорнійського технологічного інституту.

Під час експерименту вчені використовували нову техніку, відому як функціональна ультразвукова візуалізація (фУЗД). Порівняно з МРТ, вона дешевша, портативніша і зручніша для пацієнта: йому не доведеться лежати нерухомо в апараті МРТ, оскільки ультразвук можна використовувати під час того, як людина займається звичайними справами.

У пацієнтів із ЧМТ часто розвиваються неврологічні проблеми, зокрема деменція, а тому вчені сподівалися, що фУЗД зможе стати способом моніторингу цього явища. Однак, за словами професора Лю, фУЗД не працює через звичайний протез — тут і виникла ідея "прозорого вікна".

Команда виготовила протез із поліметилметакрилату, це дало змогу відновити череп пацієнта, а також зібрати дані візуалізації його мозку. Сам пластик мав товщину всього 4 мм з ділянкою завтовшки всього 2 мм, яка і забезпечувала доступ ультразвукового перетворювача до тім'яної та моторної кори головного мозку.

За словами співавтора дослідження, професора Річарда Андерсена, ця область мозку важлива для формування намірів і виконання рухових дій. Раніше вона також була ретельно вивчена вченими під час попередніх досліджень у лабораторії. Вчені провели моделювання і низку експериментів на щурах, протестувавши різні типи імплантатів і відточивши параметри фУЗД для отримання оптимальних результатів.

До і після операції Хагера попросили розв'язати головоломку "З'єднай крапки" на комп'ютері, а також зіграти кілька мелодій на гітарі під час УЗД. Дослідники прагнули дізнатися, чи будуть результати фУЗД точними, навіть якщо проводити їх через прозоре пластикове вікно. Результати показали, що точність знизилася, проте все ще залишалася досить високою, щоб бути корисною.

Вчені також зазначають, що в цьому методі, на відміну від інших платформ інтерфейсу "мозок-комп'ютер", що вимагають впровадження електродів у мозок, цей метод позбавлений безлічі перешкод для впровадження.

Раніше Фокус писав про те, що розгадано важливу таємницю нашого мозку: вчені дізналися, як він планує все наперед.