Искусственные нервы оживят неподвижное тело: паралич ‒ больше не приговор

Учёные по всему миру стремятся воссоздать работу биологических систем человеческого организма в искусственных устройствах. Особенно сложной задачей остаётся имитация нервной системы, которая требует точного воспроизведения множества тонких процессов. Группа специалистов из Сианьского транспортного университета и Мюнхенского технического университета добилась неплохого прогресса в этом направлении: им удалось спроектировать искусственные нервы, которые не только действуют так же быстро, как настоящие, но и успешно взаимодействуют с живыми тканями.

Ключевой проблемой оставалась неспособность прежних разработок функционировать на естественных биологических частотах. Международной команде удалось найти решение с помощью органических электрохимических транзисторов, созданных по уникальной методике. В основе конструкции лежит вертикальная архитектура компонентов – их последовательно наносят на подготовленную основу, создавая многоуровневую композицию.

Градиентно-смешанная бинепрерывная организация элементов позволила улучшить сразу три важнейших параметра: перемещение ионов внутри механизма, проводимость электронов между уровнями и время удержания заряда. В более ранних моделях оптимизация одной характеристики неизбежно ухудшала остальные показатели.

Отклик на поступающий импульс занимает 27 микросекунд – столько же, сколько у природного аналога. Память устройства функционирует на частоте 100 килогерц, мгновенно усваивая и храня полученные данные. Электронный нерв способен долго поддерживать рабочее состояние без потери информации, что обеспечивает надёжность всего комплекса.

Для максимального сходства с природным образцом инженеры соединили транзисторы n-типа и p-типа по вертикали. Получившаяся конструкция, подобно настоящим нейронам, улавливает сигналы разной силы, анализирует их и сохраняет результаты даже на пиковых частотах.

В основе стабильной работы лежит особый принцип распределения заряженных частиц. Благодаря ему механизм сохраняет эффективность при любых нагрузках и частых переключениях между режимами.

Лабораторные мыши с повреждёнными нервными путями стали первыми испытателями новой технологии. Живые ткани приняли имплантаты без малейших признаков отторжения. Самое удивительное, что электронные компоненты не просто прижились, а начали действовать заодно с биологической системой организма, успешно участвуя в формировании условных рефлексов.

Создатели технологии видят в ней спасение для пациентов с серьёзными неврологическими проблемами. Медики получат возможность восстанавливать повреждённые участки периферических нервных волокон. А главное – имплантаты смогут долгие годы функционировать, не вызывая побочных эффектов.

Разработка станет основой для создания нового поколения бионических протезов. Благодаря мгновенной обработке сигналов такими конечностями можно будет управлять силой мысли – напрямую через мозговые импульсы. Люди с ограничениями подвижности смогут вернуться к активной жизни.

Однако перед её внедрением в клиническую практику предстоит тщательно проверить её безопасность. Исследователям важно понять, как электронные компоненты ведут себя при длительном контакте с разными типами тканей и в различных условиях работы организма.

Также планируется работа над коммуникационными системами для полностью обездвиженных пациентов. Их мысленные команды будут преобразовываться в сигналы для управления электроникой. Это даст пациентам с особенно тяжёлыми нарушениями двигательных функций возможность самостоятельно пользоваться компьютером и бытовой техникой.

Чтобы сделать изобретение доступным для больниц, учёным нужно наладить массовое производство компонентов. При этом важно сохранить все достоинства лабораторных образцов: быстроту реакции, точность передачи сигналов и стабильность. Стоимость тоже должна оставаться приемлемой для медицинских учреждений. Но это всё - пока что вопросы второго плана.