Учёные разработали киберэмбрионы с ультрамягкими нейронными датчиками для наблюдения за развитием мозга

Исследователи из Гарвардского университета создали новый тип гибкой электроники, которая способна расти вместе с развивающимся мозгом эмбриона и фиксировать активность нейронов на всех стадиях формирования без повреждения тканей. Устройство представляет собой ультрамягкие электронные сетки, внедрённые в мозг эмбрионов лягушек, аксолотлей и мышей. Датчики интегрируются в мозговую ткань на ранней стадии — когда она ещё представляет собой плоский клеточный слой — и формируют трёхмерную структуру по мере роста органов.

Технология впервые позволила регистрировать нейронную активность в миллисекундном масштабе в течение всего периода эмбрионального развития. Толщина сетки составляет менее 1 микрометра. Гибкие датчики выполнены из фторированных эластомеров, способных растягиваться и адаптироваться к динамике растущей ткани, в отличие от предыдущих прототипов, созданных в 2015 году, которые вызывали повреждения при внедрении.

Испытания показали высокую эффективность технологии. У головастиков лягушек и аксолотлей датчики регистрировали нейронные импульсы в различных зонах мозга, не нарушая поведенческих реакций. Животные демонстрировали привычное избегающее поведение, реагируя на приближающиеся объекты. Аналогичные результаты получены при тестировании на мышах и новорождённых крысах — устройства работали стабильно и без признаков стресса у подопытных.

Данные экспериментов позволили учёным проследить, как с развитием мозга изменяется характер нейронной активности. На ранних этапах фиксировались медленные синхронные сигналы, охватывающие весь мозг, а по мере формирования структуры активность становилась локальной, быстрой и разнообразной. Наблюдения открывают новые возможности не только для фундаментальной нейробиологии, но и для совершенствования алгоритмов машинного обучения.

Особый интерес вызвали результаты работы с аксолотлями. У амфибий, обладающих способностью к регенерации нервной системы, при повреждении хвоста отмечалось резкое усиление нейронной активности, напоминающее ранние стадии развития мозга. Это наблюдение может иметь значение для будущих исследований в области регенеративной медицины.

Руководитель проекта, доцент биоинженерии Гарварда Цзя Лю, подчеркнул, что работа не связана с экспериментами на человеческих эмбрионах и не предусматривает их в будущем. Основное внимание сосредоточено на изучении процессов нейроразвития и создании технологий, которые могут быть полезны для медицины в перспективе.