Американські вчені успішно випробували роботу «нейропилі» в нервах і м'язах щура. У майбутньому такі мікроскопічні, що живляться ультразвуком бездротові датчики дозволять вести спостереження по всьому організму, в тому числі і реєструвати активність нейронів глибоко в мозку. Про експерименти з прототипами розповідає стаття, опублікована журналом.
Ідею використання ультразвукової нейропилі (neurodust) для спостереження за активністю клітин мозку Мішель Махарбіз (Michel Maharbiz) і його колеги з Каліфорнійського університету в Берклі висунули в 2013 р. Автори описали концепцію пристрою, що складається з тисяч вільно плаваючих незалежних датчиків розмірами від 10 до 100 мкм, а також розміщеного субкраніально модуля для забезпечення їх енергією і зв'язком за допомогою обміну ультразвуком. Через рік вчені відзвітували про перші експерименти по взаємодії нейропилі з підтримуючим модулем, а тепер представили перші вимірювання, проведені такими датчиками, в живому організмі.
Кожна «нейропилинка» розмірами 3 ^ 1 х 0,8 мм ізольована інертною епоксидною смолою, так що відкритими залишаються лише виходи електродів. Всередині ж ховаються мініатюрний транзистор і п'єзоелектричний кристал, в якому у відповідь на механічні деформації виникає слабке напруження. Зовнішній модуль (плата розмірами приблизно 6 ст.16 см) кожні 0,1 секунди випускає серії з шести коротких (540 нс) ультразвукових імпульсів, після чого переходить у режим реєстрації сигналів, відображених кристалами нейропилі.
Часткове поглинання ультразвукових хвиль викликає деформацію цих кристалів і створює достатньо енергії для створення струму, поточного через крихітний транзистор і модульованого зовнішнім сигналом, що надходить з електродів «нейропилинки». Ці модуляції, в свою чергу, впливають на поведінку кристала і, відповідно, на характеристики відображених хвиль ультразвуку. «Таким чином, форма відображених ультразвукових імпульсів кодує електрофізіологічний сигнал, який отримують імплантовані електроди, і цей сигнал можна реконструювати за допомогою зовнішнього пристрою», - пишуть Мішель Махарбіз і його співавтори.
Прототипи пристрою на центральній нервовій системі поки не випробовувалися. Вчені хірургічно імплантували нейропиль у периферичні нерви і скелетну мускулатуру піддослідних щурів, зібравши дані електронейрографії сідничного нерва і електроміографії литкового м'яза. Однак це продемонструвало перспективність вирішення, насамперед - використання ультразвуку для організації взаємодії між «нейропилинками» і зовнішнім модулем.
За підрахунками, виконаними ще в першій статті 2013 р., датчики нейропилі можна зменшити до приблизно 50 мкм - для порівняння, типовий розмір тваринної клітини становить 10-30 мкм. Це полегшить їх внесення в організм і продовжить термін життя. Крім того, автори планують доповнити нейропиль новими функціями, включаючи реєстрацію хімічних сигналів, таких як рівень кисню або певних гормонів.