Современная электроника №3/2024

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 3 / 2024 Инновационные электронные и оптогенетические технологии в беспроводном управлении мозговой активностью через имплантат В статье рассматривается имплантированное электронное беспроводное устройство со световодным зондом как элемент оптогенетических исследований индивидуального поведения живых организмов . Перспективу разработки на стыке электроники нейробиологии и оптогенетики трудно переоценить . Управление двигательной активностью , реакциями , аппетитом и даже сном – продолжение пути эволюционирующего технического прогресса . Антти Суомалайнен Поскольку человеческиймозг представ - ляет собойсистемуиз почти 100 млрдпере - плетённых нейронов , чрезвычайно слож - но исследовать отдельные нейроны или группынейронов . Оптогенетика , активно развивающаяся в исследованиях и опы - тах с моделями на животных примерно с 2005  года , предполагает контроль над конкретными генетически определён - ными нейронами , чтобы исследовать их с беспрецедентной точностью для изуче - ния связии высвобождения нейротранс - миттеров . Исследователи сначала моди - фицируют нейроныживыхмышей , чтобы экспрессироватьмодифицированный ген посредствомсветочувствительных рецеп - торов . Затем уже можно использовать внешний свет для контроля и монито - ринга активностимозгаживого существа . Инновационные направления развития на стыке оптогенетики и электроники Оптогенетика в связке с электро - никой даёт большие перспективы развития . Об этом свидетельствуют результаты опыта Северо - западного университета в Иллинойсе по иссле - дованию взаимодействий животных . Основанный на оптогенетике экспе - римент с применением вживляемых зондов - световодов , проводившийся на мышах , закончился в мае 2022 года . Эту передовую технологию для управления с помощью световых импульсов , с помощью тонких гиб - ких зондов , проникающих в биологиче - ские ткани , уже называют прорывной в области нейробиологии . Авторы мето - да : исследователи профессор Джон А . Роджерс (John Rogers), наша бывшая соотечественница профессор - нейро - биолог Евгения Коровицкая (Yevgenia Kozorovitskiy) и более 10  их коллег . Импульсы , передаваемые мышам с помощью лучей света в режиме реаль - ного времени , влияют на их поведение , коммуникацию , активность . В основе метода сверхминиатюрный беспро - водной имплантируемый транспон - дер , использующий световые импуль - сы для активации нейронов животных . Воздействие на нейроны определённой частотой возбуждает их двигательную активность или , наоборот , приводит к пассивности , ослаблению деятельно - сти . Устройство , представленное на рис . 1, работает без элементов питания . Проектирование устройств без эле - ментов питания можно назвать трен - дом перспективных идей в области современной электроники , которо - го придерживаются многие разра - ботчики . Об устройстве электрон - ной медицинской маски с датчиками , работающими автономно от преобра - зователей света и дыхания , « СоЭл » писала в [1]. Беспроводное управление в режиме реального времени Устройство представляет собоймини - атюрный имплантат без элементов пита - ния с беспроводной цифровой связью . Тонкий , гибкий , беспроводной харак - тер имплантата позволяет мышам быть активными в реалистичной среде , а исследователям – наблюдать за ними . Устройство уже называют элементом « переходной электроники », открыва - ющей новые перспективы в медици - не и биомедицинских исследованиях . К примеру , биорезорбируемые материа - лыпозволяют создавать диагностические и терапевтические устройства для мони - торинга прогрессирующих заболеваний иметодов их лечения , проведения элек - трической , фармакологической , клеточ - ной терапии и даже перепрограммирова - ния генов в формате генной инженерии . Дальность действия ( связи , управления ) имплантата пока не превышает разме - ров одного помещения площадью в 20 м ². Управление осуществляется с помощью компьютерной программы , следователь - но , управляющей моделью может слу - жить ПК , ноутбук , что делает разработку мобильной , автономной и этим даёт ей новые перспективы для дистанционно - го управления живым организмом через нейронные связи . Принцип действия устройства Ограниченное программируемое управление и узкие варианты профи - лей освещения ограничивают исполь - зование существующих устройств . С появлением новой разработки эти недостатки преодолены – созданы две платформы с возможностью програм - мирования пользователем в реальном времени для нескольких независимых источников света , в конструкциях с кре - плением на голове и на спине . Миниа - тюрное беспроводное устройство толщи - Рис . 1. Внешний вид устройства с имплантируемым зондом