Може ли учен да управлява експеримент с мозъчен имплант от другия край на света, без дори да става от бюрото си?

Изследователи вече показаха, че това е възможно, като изпратиха команди от Чикаго до безжичен мозъчен имплант в Теджон, Южна Корея – на разстояние 10 596 километра.

Сигналът преминал през интернет до компютър в корейската лаборатория, който предал командата безжично на импланта. Реакцията на системата отнела средно около 109 милисекунди.

Този междуконтинентален тест представлява инженерна демонстрация, която показва, че устройството може да бъде управлявано от друга държава.

Експерименти от другия край на света

Дистанционното управление би могло да намери практическо приложение в изследванията на мозъка. Когато учените влязат в експерименталното помещение или се приближат до животното, за да задействат оборудването, самото им присъствие може да повлияе върху поведението му. Устройство, което се активира от разстояние, би ограничило това влияние и би позволило на специалисти от различни части на света да участват в едни и същи експерименти.

Системата, наречена RAPIDO, е разработена от изследователи от Корейския институт за напреднали науки и технологии (KAIST) и Университета „Йонсей“. Тя е описана в изследване, публикувано в Science Advances.

Какво може да прави RAPIDO

Устройството RAPIDO е достатъчно малко, за да бъде носено от свободно движещ се плъх, и може да изпълнява две различни функции в мозъка. То въвежда вещества през миниатюрен канал и излъчва светлина чрез малък светодиод. Изследователите могат да управляват двете функции поотделно и предварително да задават кога да бъдат активирани.

Оптична стимулация със синя светлина чрез импланта. (Jae-Woong Jeong/KAIST)

За разлика от по-ранните мозъчни импланти, RAPIDO разполага с касета, която може да бъде презареждана, и позволява по интернет да се управляват предварително програмирани дози вещества и светлинни импулси.

„Нашият мозъчен имплант позволява на изследователите многократно, продължително и дистанционно да прилагат вещества и светлинна стимулация при свободно движещи се животни, без те да бъдат хващани при всяка процедура или имплантът да се подменя чрез допълнителна операция“, казва пред ScienceAlert инженерът по електротехника от KAIST Дже-Унг Джон, който ръководи изследването.

„Така става възможно провеждането на дългосрочни експерименти с по-малко пряка намеса и с ограничено влияние от присъствието на изследователите.“

Команди, изпратени от Чикаго, активират дистанционно мозъчен имплант RAPIDO в Теджон, Южна Корея, на разстояние 10 596 километра. (C. Y. Kim/BioRender/Jeong et al., Sci. Adv., 2026)

Контролирано въвеждане на вещества

След като демонстрирал дистанционната връзка, екипът проверил двете функции на устройството в отделни експерименти с плъхове.

При първата серия от опити изследователите изпитали системата за въвеждане на вещества.

Имплантът подавал различни дози кокаин директно в nucleus accumbens – област от мозъка, която участва в поведението, свързано с усещането за награда.

Различните дози предизвикали съответни промени в двигателната активност на плъховете. Същите ефекти били наблюдавани отново две, три и четири седмици след поставянето на импланта.

Общ изглед на мозъчния имплант и неговата основна функция. (Jae-Woong Jeong/KAIST)

Това показало, че имплантът може многократно да въвежда точно определени дози и да предизвиква измерими промени в поведението в продължение на няколко седмици. Експериментът обаче не е бил предназначен да изпитва лечение срещу зависимост.

Може ли светлината да промени заученото поведение?

Вторият експеримент проверил дали светлината може да повлияе върху предпочитанията, които плъховете изграждат в процеса на учене. За целта учените използвали оптогенетика – метод, при който определени клетки или протичащи в тях процеси се модифицират така, че да реагират на светлина. ScienceAlert и преди е писал за експерименти, при които изкуствени неврони общуват чрез светлина с генетично модифицирани живи неврони.

При този експеримент кокаинът бил инжектиран в коремната кухина на плъховете, вместо да бъде въведен чрез импланта. Така учените можели да проследят самостоятелния ефект на светлината. Плъховете, които получили кокаин без светлинна стимулация, впоследствие предпочитали отделението, което свързвали с наркотика.

При друга група светлината от импланта активирала сигналния път RhoA по време на обучението. Тези плъхове не развили същото предпочитание към отделението, свързано с кокаина.

„Взети заедно, тези експерименти показват, че платформата може да се използва за изследване на причинно-следствените връзки между конкретни въздействия върху нервната система и поведението“, казва Джон пред ScienceAlert.

Това все още не е лечение на зависимост

Резултатите не означават, че устройството е лекувало зависимост към кокаин. Става дума за експерименти с плъхове, които демонстрират принципната приложимост на технологията. Потискането на заучено предпочитание към определено място не е равнозначно на лечение на вече развита зависимост.

„Най-голямото предизвикателство е да се докаже, че устройството е безопасно и надеждно при продължителна употреба в човешкия мозък“, казва Джон.

Едно бъдещо клинично устройство ще трябва да премине през допълнителни изпитвания за биосъвместимост, надеждност на защитния корпус, подаване на лекарствени вещества и механизми за безопасност при възникване на неизправност. Оптогенетиката поставя още едно сериозно предизвикателство, тъй като изисква безопасно въвеждане на гени, които правят клетките чувствителни към светлина.

„Затова на този етап мозъчният имплант трябва да се разглежда най-вече като изследователска платформа, която може да помогне за разработването и оценяването на бъдещи терапевтични подходи, а не като готово за клинична употреба устройство“, допълва Джон.

Какво отличава новия имплант

Безжичните мозъчни импланти, способни да въвеждат вещества и да излъчват светлина, не са нещо напълно ново. По-ранна разработка с участието на инженера от KAIST Дже-Унг Джон доведе до създаването на управлявани със смартфон импланти със сменяеми касети за вещества, предназначени за свободно движещи се мишки.

Основното постижение при RAPIDO е, че системата съчетава няколко възможности: многократно и прецизно въвеждане на вещества, насочена светлинна стимулация, предварително програмиране и управление през интернет.

Изследването дава три ясни резултата. Мозъчен имплант в Южна Корея реагира на команди, изпратени от Съединените щати. Устройството позволява многократно и контролирано въвеждане на кокаин до четвъртата седмица след имплантирането. А при отделен експеримент активирането със светлина попречи на плъховете да развият предпочитание към отделението, свързано с кокаина.

Взети заедно, резултатите утвърждават RAPIDO като дистанционно управляван изследователски инструмент, с който учените могат да въздействат върху конкретни процеси в мозъка и да проследяват свързаните с тях промени в поведението.

Изследването е публикувано в Science Advances.