Ученые впервые "Нейропыль" в живой крысе испытали.

В будущем тысячи таких крошечных датчиков, свободно плавая по организму, смогут постоянно следить за работой почти каждой клетки. Пока нейропыль меряет лишь активность периферических нервов и мышц, но сингулярность уже чуть ближе.

Американские ученые успешно испытали работу "Нейропыли" в нервах и мускулах крысы. В будущем такие микроскопические, питающиеся ультразвуком беспроводные датчики позволят вести наблюдения по всему организму, в том числе и регистрировать активность нейронов глубоко в мозге. Об экспериментах с прототипами in Vivo рассказывает статья, опубликованная журналом Neuron.

Идею использования ультразвуковой нейропыли (Neurodust) для наблюдения за активностью клеток мозга Мишель махарбиз (Michel Maharbiz) и его коллеги из калифорнийского университета в беркли озвучили в 2013 г. авторы описали концепцию устройства, состоящего из тысяч свободно плавающих независимых датчиков размерами от 10 до 100 мкм, а также размещенного субкраниально модуля для обеспечения их энергией и связью посредством обмена ультразвуком. Годом спустя ученые отчитались о первых экспериментах по взаимодействию нейропыли с поддерживающим модулем, а теперь представили первые измерения, проведенные такими датчиками in Vivo, в живом организме.

Каждая "Нейропылинка" размерами 3x1 х 0, 8 мм изолирована инертной эпоксидной смолой, так что открытыми остаются лишь выходы электродов. Внутри же скрываются миниатюрный транзистор и пьезоэлектрический кристалл, в котором в ответ на механические деформации возникает слабое напряжение. Внешний модуль (плата размерами примерно 6x6 см) каждые 0, 1 секунды испускает серии из шести коротких (540 нс) ультразвуковых импульсов, после чего переходит в режим регистрации сигналов, отраженных кристаллами нейропыли.

Частичное поглощение ультразвуковых волн вызывает деформацию этих кристаллов и создает достаточно энергии для создания тока, текущего через крошечный транзистор и модулируемого внешним сигналом, поступающим с электродов "Нейропылинки". Эти модуляции, в свою очередь, влияют на поведение кристалла и, соответственно, на характеристики отраженных волн ультразвука. "Таким Образом, Форма Отраженных Ультразвуковых Импульсов Кодирует Электрофизиологический Сигнал, Который Получают Имплантированные Электроды, и Этот Сигнал Можно Реконструировать Посредством Внешнего Устройства", - пишут Мишель махарбиз и его соавторы.

Прототипы устройства на центральной нервной системе пока не испытывались. Ученые хирургически имплантировали нейропыль в периферические нервы и скелетную мускулатуру подопытных крыс, собрав данные электронейрографии седалищного нерва и электромиографии икроножной мышцы. Однако это продемонстрировало перспективность решения - прежде всего, использования ультразвука для организации взаимодействия между "Нейропылинками" и внешним модулем.

По подсчетам, проделанным еще в первой статье 2013 г., датчики нейропыли можно уменьшить до примерно 50 мкм - для сравнения, типичный размер животной клетки составляет 10-30 мкм. Это облегчит их внесение в организм и продлит срок жизни. Кроме того, авторы планируют дополнить нейропыль новыми функциями, включая регистрацию химических сигналов, таких как уровень кислорода или определенных гормонов.