Модифицированный мозг

Синтез живого и неживого до недавнего времени казался фантастикой. Концепции биороботов и искусственных клеток стали активно претворяться в жизнь только в XXI веке. И еще одной вехой на пути приспособления техники под органику стало открытие ученых из Национальной академии наук США. Биофизикам впервые удалось передать электрический импульс по клеточной мембране при помощи искусственно созданной нанопроволоки. Созданная ими система может стать основой для конструирования клеточных субстанций, полностью управляемых человеком.

В основе координации любой живой системы лежит импульс, который представляет собой разряд электрического тока. Переносят разряд электроны, протоны или ионы, которые накапливаются в липидных мембранах клеток, а роль проводников играют аксоны - отростки нервных клеток. Столь тонкий и деликатный механизм, как передача электрических импульсов между клетками, - это сложнейшая электрическая схема, приравнять к которой невозможно ни одну искусственную технологию. Тем не менее биофизики все-таки смогли вторгнуться в электросистему живой клетки, не нарушив ее, а, наоборот, модифицировав.

Исследователи «скрестили» механическую и живую системы, получив при этом высокоэффективную технологию, позволяющую контролировать импульсы в живых организмах. Авторам новой работы удалось проложить «проводку» в клеточной мембране. Созданная ими гибридная система состоит из нанопроволоки толщиной 20-40 нанометров и покрывающей ее липидной мембраны. Подобные мембраны состоят из двух слоев липидных молекул и являются практически непроницаемым барьером для ионов. Передача ионов из клетки в клетку осуществляется посредством ионных каналов - белков, проходящих сквозь мембрану. Исследователи воссоздали один из таких ионных каналов. И когда по нему проходил ток, ученые зарегистрировали возникновение электрического разряда в нанопроволоке. В последующем же опыте биофизикам удалось управлять каналом, открывая и закрывая его с помощью изменения подаваемого напряжения.

Созданные наработки пригодятся для дальнейших исследований возможности «скрещивания» живого и неживого. В перспективе запланировано конструирование управляемых кластеров клеток, которые смогут замещать погибшие участки без потери функциональности организма. В частности, подобная разработка может стать ключом к лечению паралича конечностей вследствие травмы спинного мозга.

«Спинно-мозговая травма - одна из самых тяжелых, и на сегодняшний день восстановление подвижности возможно лишь в случаях, когда функциональность центров, ответственных за моторику, не нарушена полностью. При травме спинного мозга нарушаются связи между нейронами, клетки не сообщаются с помощью нер вных импульсов, так что аксоны - отростки нервных клеток - начинают прорастать беспорядочно. Происходит так называемый спрутинг, но функциональность не восстанавливается», - отметил РБК daily доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой высшей нервной деятельности МГУ Валерий Шульговский.

Кстати, подобная технология помогла ученым из Университета Ридинга синтезировать мозг для робота, состоящий из нейронов крысы. Механическим телом робота управляют не алгоритмы, а живой мозг, отдающий команды технической части посредством Bluetooth.

По словам создателя робота Кевина Уорвика, мозг робота Гордона составляют примерно 100 тыс. нейронов. По мнению ученого, использование нейронов крысы не влияет на интеллект робота, ведь различие между мозгом крысы и человека определяется количеством нейронов. Крысиные нейроны были выделены из эмбриона крысы и отделены друг от друга. Затем ученые поместили материал в камеру с питательной средой, где поддерживался оптимальный температурный режим. Уже через сутки после помещения нейронов в голову робота между мозговыми клетками начали образовываться многочисленные связи. А уже через неделю ученые отметили появление нейронной активности, характерной для мозга крысы, и способность к обучению. Помимо клеток в голове робота находится сеть из 60 электродов-передатчиков, связывающих живые и механические элементы робота. Электрический импульс, полученный от нейронов, с помощью электродов преобразуется в сигнал, который передается в аналитический центр робота по Bluetooth и заставляет работать те или иные структуры Гордона. Управлять же роботом можно с помощью химических веществ, блокирующих или, наоборот, стимулирующих прохождение нервного импульса. Но поражает другое. «Мы вырастили несколько различных «мозгов» для робота, - говорит Кевин Уорвик. - И каждый из них делает личность Гордона неповторимой. Так, один набор нейронов делает робота прилежным учеником, который быстро реагирует на внеш ние вызовы, а другой, наоборот, заставляет Гордона упрямиться и игнорировать предложенные задания». В общем, ученые надеются, что изучение работы роботизированного «мозга» откроет не только новые перспективы в робототехнике, но и станет отличным подспорьем для разработки методов лечения таких нейродегенеративных заболеваний, как болезни Паркинсона и Альцгеймера.