Учёные создали киберэмбрионы с мягкими нейронными датчиками в развивающемся мозге

Исследователи из Гарвардского университета внедрили гибкие электронные сетки в развивающийся мозг эмбрионов лягушек, аксолотлей и мышей. Эти мягкие датчики интегрируются в мозг на стадии, когда он ещё представляет собой плоский слой клеток, и затем разворачиваются вместе с тканями в полноценную трёхмерную структуру. Разработка впервые позволяет непрерывно регистрировать активность нейронов в миллисекундном масштабе на протяжении всего эмбрионального развития.

Авторы подчёркивают, что работа не связана с людьми: «Мы не говорим об имплантах в человеческие эмбрионы — это этически неприемлемо и не входит в наши цели», — подчёркивает руководитель проекта, доцент биоинженерии Гарварда Цзя Лю. Вместе с тем он отмечает, что подобные технологии могут быть полезны в будущем для изучения и, возможно, коррекции нейроразвития у детей, особенно в случаях, когда важно учитывать рост мозга.

Разработка опирается на предыдущие наработки команды — сверхтонкие гибкие зонды, созданные ещё в 2015 году. Однако ранние версии были недостаточно мягкими: при внедрении они повреждали ткани. В новом исследовании вместо обычных полимеров использованы фторированные эластомеры — материалы, способные растягиваться и не мешать динамике развивающегося мозга. Толщина всей сетки — менее 1 мкм.

Устройства протестировали на головастиках лягушек и аксолотлей. В обоих случаях датчики надёжно регистрировали электрические импульсы нейронов в разных зонах мозга, не нарушая поведение животных и не вызывая стрессовых реакций. У головастиков с датчиками сохранилось обычное избегающее поведение — например, они уверенно уклонялись от приближающихся объектов. У мышей и новорождённых крыс технологии также показали стабильную работу.

Полученные данные впервые позволяют проследить, как меняется характер нейронной активности по мере развития мозга. В начале наблюдались медленные синхронные сигналы, охватывающие весь мозг, но со временем активность становилась более локальной, быстрой и разнообразной — с чётким разделением по зонам и отдельным клеткам. Это может помочь не только в нейробиологии, но и в разработке новых алгоритмов машинного обучения, считают авторы.

Отдельный интерес вызвали аксолотли — амфибии, способные регенерировать части тела, включая нервную систему. При повреждении хвоста у таких головастиков активность мозга резко возрастала и напоминала ранние стадии развития. Это может указывать на роль мозга в запуске процессов восстановления — и открывает перспективы для исследований в области регенеративной медицины.