20 miljarder nano-partiklar talar till hjärnan med hjälp av elektricitet

KATEGORIER: Vetenskap / Teknik / Neurologi

DATUM: 2016-04-02

Nu kan man avbilda och behandla hjärnan med nanopartiklar i stället för implantat.

Elektricitet är hjärnans språk, och nu kan vi tala med den utan kablar eller implantat. 

Nanopartiklar kan användas för att stimulera regioner i hjärnan elektriskt, vilket öppnar upp nya sätt att behandla sjukdomar i hjärnan. Det kan någon dag i framtiden göra möjlig rutinmässig informationsutbyte mellan datorer och hjärnan.

Ett material som upptäcktes år 2004 gör detta möjligt. När "magnetelektriska" nanopartiklar (MENs) stimuleras av ett yttre magnetfält, producerar de ett elektriskt fält. Om sådana nanopartiklar är placerade bredvid neuroner, bör detta elektriska fält ge dem möjlighet att kommunicera.

För att ta reda på detta, införde Sakhrat Khizroev vid Florida International University i Miami och hans team, 20 miljarder av dessa nanopartiklar i hjärnan hos möss. De slog sedan på ett magnetfält, och riktade det mot en klump nanopartiklar för att inducera ett elektriskt fält. En elektroencefalogram visade att regionen omgiven av nanopartiklar lyste upp på grund av stimuleringen av det genererade  elektriska fältet.

"När MENs utsätts för till och med en extremt låg magnetfältfrekvens, genererar de sin egen lokala elektriska fältet i samma frekvens", säger Khizroev. "I sin tur, det elektriska fältet kan direkt kopplas upp till den elektriska kretsen i det neurala nätverket."

Khizroev mål är att bygga ett system som kan både avbilda hjärnans aktivitet och samtidigt exakt rikta medicinska behandlingar. Eftersom nanopartiklarna reagerar olika på olika magnetfältfrekvenser, kan de bli inställda för att frisätta läkemedel.

"När [de] injiceras i hjärnan, kan vi ’se’ hjärnan och vid behov kan vi släppa ett specifikt läkemedel i ett specifikt neuron on demand", säger Khizroev. 

Hans team har redan visat att partiklarna kan användas för att bära och släppa ett anti-HIV-läkemedel , samt cancerläkemedlet paklitaxel .

Hjärnan möter maskinen

Även om detta befinner sig utanför ramen av aktuell forskning, kan Khizroev’s nanopartikelsystem erbjuda ett nytt sätt för att interagera med datorer. Han har inte försökt det ännu, men han säger att, att köra det omvänt, så att nanopartiklarna åstadkommer ett mätbart magnetfält som svar på hjärnans egna elektriska fält, är möjligt. Våra hjärntillstånd skulle då bli ingångsparametrar för datorer, vilket skulle kunna direkt stimulera vissa områden i hjärnan i gengäld.
För nu är dock löftet att förstå och behandla våra hjärnor utan biverkningar från implantat och optoelektronik . 

"Det finns en möjlighet att samspela med nervsystemet på ett sätt som är trådlöst och minimalt invasivt", säger Polina Anikeeva vid Massachusetts teknologiinstitut, som jobbar på en annan nanopartikelstimuleringsteknik som bygger på värme.

”Helt plötsligt kan vi ha personer som ser helt normala ut, utan sladdar, inga kontakter, inga implantat och ände kommer de att utrustas med förmågan att ta emot stimulans” säger Anikeeva.

"Vi har att göra med något mycket litet, injicerbart, mer som en medivin än en enhet. Jag tycker det är riktigt spännande. "

Journal referens: Future Medicine , DOI: 10,2217 / nnm.15.52

Källa: New Scientist