Közvetlen agyi információbevitel fény segítségével
Az elveszett vagy sérült érzékszervi funkciók helyreállításában segíthet a transzkraniális optogenetikai információtovábbítási eljárás.
A Nature Neuroscience folyóiratban december 8-án jelent meg a Northwestern University kutatóinak cikke, amelyben egy olyan vezeték nélküli eszköz kifejlesztéséről számoltak be, amely fény segítségével közvetlenül juttat információt az agyba, megkerülve a szervezet természetes érzékszervi pályáit. Az eszköz puha, rugalmas kialakítású, és a fejbőr alá, de a koponya felszínére helyezhető, és precízen mintázott fényjeleket képes átjuttatni a koponyacsonton keresztül, aktiválva az agykéreg különböző idegsejtjeit.
Az állatkísérletek során a kutatók apró fényimpulzusokkal specifikus idegsejt-populációkat aktiváltak genetikailag módosított egerek agyában, amelyek fényre reagáló neuronokat hordoztak. Az állatok gyorsan megtanulták értelmezni ezeket a mintázatokat, és képesek voltak azokat felismerni, majd döntéseikhez felhasználni. Így érintés, látás vagy hallás nélkül is kaptak információt, amelynek segítségével sikeresen teljesítettek különböző feladatokat. A technológia számos jövőbeli terápiás alkalmazásra kínál lehetőséget: érzékszervi visszajelzés biztosítására protézisekhez, mesterséges ingerek közvetítésére látás- vagy hallási célú protézisekben, opioidok nélküli fájdalomérzet-modulálásra, rehabilitáció támogatására stroke vagy sérülés után, valamint robotikus végtagok agyi irányítására.
Jevgenyija Kozorovickij, a kutatás vezetője kiemelte, hogy az agy folyamatosan alakítja át az elektromos aktivitást élménnyé, és ez a technológia közvetlen hozzáférést biztosít ehhez a folyamathoz. A platform lehetővé teszi új jelek létrehozását, és megmutatja, miként tanulja meg az agy azok használatát, így közelebb vihet az elveszett érzékelési funkciók helyreállításához, miközben betekintést nyújt az észlelés alapvető mechanizmusaiba. John A. Rogers, a cikk társszerzője hozzátette, hogy az eszköz fejlesztése során azt gondolták újra, miként lehet stimulációt juttatni az agyba minimálisan invazív, teljesen beültethető eszköz formájában. A mikroméretű LED-ekből álló, hajszálvékony, rugalmas mátrixot vezeték nélküli vezérlőmodullal integrálták, amely valós időben programozható, miközben teljesen a bőr alatt marad, és nem befolyásolja az állatok természetes viselkedését.
A kutatás egy 2021-ben publikált tanulmány eredményeire épül, amikor a csoport bemutatta az első teljesen beültethető, vezeték nélküli, akkumulátor nélküli optogenetikai eszközt, amely fény segítségével volt képes idegsejtek szabályozására. Akkor egyetlen mikro-LED-del befolyásolták az egerek szociális viselkedését, most azonban a rendszer már egy 64 mikro-LED-ből álló programozható mátrixot tartalmaz, amely sokkal gazdagabb és rugalmasabb kommunikációt tesz lehetővé az aggyal. Az új eszköz képes komplex fényjel-sorozatokat közvetíteni, amelyek hasonlítanak a természetes érzékelés során aktiválódó kortikális hálózatok működésére.
Az eszköz mérete körülbelül egy bélyegének felel meg, vastagsága pedig kisebb, mint egy bankkártyáé. A rugalmas szerkezet a koponya felszínéhez simul, és a csonton keresztül juttatja el a fényt az idegsejtekhez: a vörös fény különösen jól hatol át a szöveteken, így képes elérni a mélyebb neuronokat is. A kísérletek során az egereket arra képezték ki, hogy egy adott fényjelmintázatot jutalommal társítsanak. Az implantátum négy kortikális régióban adott le mintázott jeleket, mintha kódot ütne be közvetlenül az idegi hálózatokba. Az állatok gyorsan megtanulták felismerni a mintázatot, és viselkedésükkel jelezték, hogy megértették az üzenetet.
A kutatócsoport most arra készül, hogy bonyolultabb mintázatokat teszteljen, és feltárja, hány különböző jelalakot képes az agy megtanulni és értelmezni. A jövőbeli fejlesztések célja a LED-ek számának növelése, a sűrűbb elrendezés, nagyobb kortikális területek lefedése, valamint olyan fényhullámhosszak alkalmazása, amelyek mélyebbre hatolnak az agyban. Az eredmények új távlatokat nyitnak az agy közvetlen stimulációjában, és közelebb visznek ahhoz, hogy olyan áttörést sikerüljön elérni az érzékszervi funkciók helyreállításában, amely az onkológiában a CAR T-sejt terápiák bevezetéséhez hasonló jelentőségű.
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Wireless device uses light patterns to deliver information directly to the brain
Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception
Irodalmi hivatkozás:
Mingzheng Wu et al, Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02127-6
