Американские учёные сделали прорыв в нейробиологии. Они разработали мягкие электронные устройства, которые можно безопасно внедрять в мозг эмбриона на ранних этапах его развития. Это позволяет наблюдать, как формируются нейроны, в реальном времени, не нарушая естественного хода развития.
Исследователи назвали эти организмы, сочетающие живую биологию и электронику, киберэмбрионами. Главная цель проекта — понять, как из однородного слоя клеток возникает сложнейшая вычислительная структура мозга.
Ранее доступные методы, такие как функциональная МРТ, дают слишком грубое разрешение. Имплантируемые электроды, напротив, обеспечивают высокую детализацию, но теряют точность из-за изменений в эмбриональных структурах.
Прорыв произошёл благодаря разработке ультратонких, гибких нейропротезов, которые могут адаптироваться к быстро меняющейся морфологии мозга. Сетчатая электроника вшивается на ранней стадии, когда нервная ткань представляет собой плоский слой стволовых клеток. По мере формирования объёмной структуры, массивы сгибаются вместе с клетками, равномерно распределяясь по всему мозгу и становясь его частью.
Учёные провели наблюдения за развитием мозга у эмбрионов лягушек, аксолотлей и мышей. Они смогли непрерывно регистрировать электрическую активность нейронов с миллисекундным разрешением, охватывая всю структуру мозга.
На ранних этапах мозговая активность представляла собой медленные, синхронные колебания. По мере развития зародыша активность становилась локализованной и быстрой, формировались устойчивые паттерны, характерные для отдельных групп клеток. Это позволило лучше понять, как развиваются специализированные участки мозга и их координация.
Параллельно учёные имплантировали устройства на эмбрионах мышей и новорождённых крысах. Предварительные результаты подтвердил возможность регистрации нейронной активности, хотя дальнейшие тесты ещё впереди.
Особенно интересными оказались наблюдения за аксолотлями — земноводными, способными отращивать утраченные части тела. У молодых особей удаляли хвост, и встроенные сенсоры фиксировали всплески сигналов в мозге, похожие на те, что наблюдаются в начале развития. Это показало, что процессы регенерации могут включать те же нейронные механизмы, что и формирование тканей у эмбрионов.
Однако учёные подчёркивают, что применение подобных имплантов на человеческих эмбрионах недопустимо с этической точки зрения, хотя технология может найти применение в детской медицине, например, для исследований и лечения нейропатологий у младенцев.