Tasarlanmış bir malzeme kesilmiş sinirleri yeniden bağlayabilir
(news.rice.edu)- Rice University araştırmacıları, manyetik alanı elektrik alanına dönüştüren magnetoelektrik malzeme ile uzaktan nöron uyarımı ve farelerde kesilmiş siyatik sinirin yeniden bağlanmasını test etti
- Yeni malzeme, mevcut benzer malzemelere göre 120 kat daha hızlı dönüşüm göstererek nöronların tepki vermekte zorlandığı sinyal biçimi ve frekans sorunlarını hedefliyor
- Yapı, lead zirconium titanate piezoelektrik katman ile Metglas manyetostriktif katmanı temel alıyor; doğrusal olmayan elektrik sinyalleri üretmek için platinum, hafnium oxide ve zinc oxide katmanları ekleniyor
- Tüm cihazı küçültmek için 200 nm'den ince katmanlar üretebilen bir süreç gerekiyor ve uzun vadede hedef, istenen bölgeye enjekte edilebilen bir form
- Bu yaklaşım, sinir uyarım tedavilerinin invazivliğini azaltabilir ve algılama, bellek ve elektronik gibi biyoelektronik dışı uygulamalara da uzanabilir
Magnetoelektrik malzemeyle sinirlerin uzaktan uyarılması
- Magnetoelektrik malzemeler, manyetik alanı elektrik alanına dönüştürebildiği için sinir dokusunu minimal invaziv biçimde uyaran tedaviler için umut vadeden adaylar olarak görülüyordu
- Mevcut malzemelerin sınırı, dönüştürülen elektrik sinyalinin biçimi ve frekansının nöronların kolay tepki veremeyeceği türde olmasıydı
- Rice University'den Jacob Robinson'ın araştırma ekibi, bu sorunu hedefleyen yeni bir magnetoelektrik malzeme tasarladı
- Nature Materials'ta yayımlanan araştırmaya göre bu malzeme, nöronları uzaktan hassas biçimde uyarabiliyor
- Fare modelinde kesilmiş siyatik sinir arasındaki boşluğu kapatmak için kullanıldı
- Benzer malzemelere kıyasla manyetikten elektriğe dönüşümü 120 kat daha hızlı gerçekleştiriyor
İmplante edilen cihazlardan daha az invaziv sinir uyarımı hedefi
- Robinson, bu malzemenin özellikleri ve performansının sinir uyarım tedavileri üzerinde büyük etkisi olabileceğini düşünüyor
- Geleneksel şekilde sinir uyarım cihazı implante etmek yerine, çok az miktarda malzemenin istenen bölgeye enjekte edilmesi mümkün hale gelebilir
- Joshua Chen, vücuda yalnızca “toz” kadar küçük ya da çok az miktarda yerleştirilerek beyni veya sinir sistemini uyarabilecek bir malzemenin mümkün olup olmadığı sorusundan yola çıktıklarını söylüyor
- Manyetik alanlar vücudun içine kolayca nüfuz ediyor ve magnetoelektrik malzemeler bunu sinir sisteminin bilgi taşımak için kullandığı elektrik alanına dönüştürebiliyor
Malzemenin yapısı ve çalışma prensibi
- Araştırmacılar, iki Metglas manyetostriktif katman arasına yerleştirilmiş lead zirconium titanate piezoelektrik katmanı içeren bir magnetoelektrik malzemeden yola çıktı
- Metglas, hızla mıknatıslanıp demanyetize olabilen bir metal cam alaşımı
- Manyetik alan uygulandığında manyetostriktif bileşen titreşip şekil değiştiriyor ve piezoelektrik malzeme bu deformasyondan elektrik üretiyor
- Bu iki malzeme birleştirildiğinde, vücut dışından uygulanan manyetik alan elektrik alanına dönüştürülebiliyor
Nöronların tepki verebildiği doğrusal olmayan sinyaller
- Mevcut magnetoelektrik malzemelerde elektrik alan ile manyetik alan arasındaki ilişki doğrusal
- Araştırmacıların ihtiyaç duyduğu şey, nöronların gerçekten tepki verebildiği elektrik sinyallerini üreten doğrusal olmayan bir ilişkiydi
- Bunun için mevcut magnetoelektrik filmin üzerine şu malzemeler katmanlandı
- platinum
- hafnium oxide
- zinc oxide
- Zorluk, bu malzemeler arasında uyumlu üretim teknikleri bulmaktı
- Robinson, özel özellikleri ortaya çıkaran 200 nm'den ince katmanları üretmek için büyük emek harcandığını belirtiyor
- Bhave, bu sürecin tüm cihaz boyutunu küçülterek gelecekte enjekte edilebilir bir forma kapı açabileceğini düşünüyor
Farelerde periferik sinir deneyi ve nöroprotez olasılığı
- Kavram kanıtlama deneyinde araştırmacılar, bu malzemeyle farelerin periferik sinirlerini uyardı
- Kesilmiş sinirde işlevin geri kazanılabileceğini göstererek nöroprotez uygulamaları için potansiyel ortaya koydu
- Chen, bu metamalzemenin kopmuş sinirler arasındaki boşluğu kapatmak ve hızlı elektrik sinyali iletimini geri kazandırmak için kullanılabileceğini açıklıyor
- Araştırmacılar, bu malzeme tasarım çerçevesinin sinir teknolojisindeki çeşitli sorunları aşabilecek yeni metamalzeme tasarımlarına yol açtığını düşünüyor
- Aynı tasarım yaklaşımı, elektronik alanında algılama ve bellek gibi başka uygulamalara da uyarlanabilir
Araştırma makalesi ve destek
- Makalenin başlığı “Self-rectifying magnetoelectric metamaterials for remote neural stimulation and motor function restoration”
- Yayımlandığı dergi Nature Materials, DOI numarası ise 10.1038/s41563-023-01680-4
- Çalışmanın yazarları Joshua Chen, Gauri Bhave, Fatima Alrashdan, Abdeali Dhuliyawalla, Katie Hogan, Antonios Mikos ve Jacob Robinson
- Araştırma, National Science Foundation ile National Institutes of Health tarafından desteklendi
1 yorum
Hacker News yorumları
Omurilik yaralanması olan birini tanıyan biri olarak, piyasaya çıkması için 20 yıl geçmesi gereken çığır açıcı yeniliklerin sürekli tekrarlanması oldukça acımasız geliyor
Bunu nasıl düzelteceğimi bilmiyorum ama tedavisi zor bir hastalığı olan biri olarak bu tür uygulamalar hayatıma doğrudan olumsuz etki ediyor ve büyük korku yaratıyor; buna rağmen HN'de bunlardan bahsedince çoğu zaman eksi oy alıp saldırıya uğruyor, saçmalıyormuşum gibi muamele görüyorum, bu yüzden neredeyse pes ettim
Tanıdığınızın yaşadıkları için üzgünüm
Umarım herkes sinir sistemine iyi bakar
Gelecek beklentisi çok daha karanlık olan; örneğin araştırma fonu ya da ilgisi neredeyse hiç olmayan, hayatı değiştiren pek çok hastalık da var
Yine de bugün acı çeken insanlar için uzun bekleyişin korkunç olduğu doğru
Sağlık alanından biri değilim; bunun tam olarak ne kadar büyük bir şey olduğunu açıklayabilecek var mı?
Omurilik onarımı düzeyinde mi, yoksa sadece basit bir sinir kesisi onarımı mı, merak ediyorum
Daha az invaziv sinir stimülasyonu tedavisini mümkün kılabilir, ama etkinin daha iyi olup olmayacağı bilinmiyor
Çünkü tüm nöronlar yeniden büyümüyor ya da olması gereken özgün konumlarına geri dönmüyor
Motosiklet süren bir arkadaşım köprü korkuluğuna çarpıp sağ omzundaki sinirleri kopardı; kolunda ne his var ne de hareket ettirebiliyor
Böyle bir şeyi onarabiliyorsa, ilgili kişiler için muazzam bir şey olur
Örneğin diyabet hastaları da buna dahil; bu teknoloji pek çok hayatı iyileştirebilir
Doğru anladıysam bu, sinir-dijital dönüşümünü ve dijital-sinir dönüşümünü mümkün kılıyor gibi
Öyleyse yakında bedenimizi robot bedenlerle değiştirebileceğimiz anlamına geliyor
Geriye kalan sorunlar, beyni bir tankın içinde canlı tutmanın yolunu bulmak ve yaşam destek cihazlarını bedenin içine sığacak kadar küçültmek
Kanı dolaştırıp karbondioksiti uzaklaştırmak, oksijen ve glikoz sağlamak yeterli olacağı için muhtemelen o kadar zor değildir; beyni süresiz canlı tutmak da mümkün olabilir
“Beyni süresiz canlı tutabiliriz”, “o kadar zor değil” demeden önce, neden 85 yaş üstü nüfusun üçte biri ila yarısında Alzheimer hastalığı, Parkinson hastalığı ve demans görüldüğüne bakmak gerekir
Yazılım geliştiriciler bu tür sorunlara fazla basit ve iyimser bakma eğiliminde; insan bedeni ise bu tür açıklamaların ima ettiğinden çok daha karmaşık
Bunun, kopmuş sinir hasarı yaşayan insanlara yardımcı olmakta ya da uzuvları olmayan kişiler için hareket ve dokunma sensörlerine sahip daha iyi protez kollar/bacaklar gerçekleştirmekte kullanılmasını umuyorum
Kişisel olarak insan-bilgisayar etkileşimini iyileştirmesiyle de çok ilgileniyorum
Mümkünse ameliyatsız ya da son derece non-invaziv ve hızlı bir yöntemle olmasını isterim
HN'de neredeyse iki günde bir, Reddit'te ise yüzlerce kez kanseri ya da AIDS'i kesin olarak tedavi ettiğini söyleyen yazılar çıktığını düşününce bu daha da doğru
İnsan bedeni 1.500 doların altında bir maliyetle, saatte 900 km hızla 25 saat içinde dünyanın öbür ucuna taşınabiliyor; ama bunun 1.000 katı maliyet ve 1.000 katı zaman harcansa bile beyin ile ayak arasındaki mesafenin bağlanamaması bana hep uyumsuz görünmüştü
Şimdi her portun daha önce bağlı olduğu portla tekrar bağlanması için hepsini birbirine eklemek gerekiyor
Üstelik o kablolar mikroskobik boyutta ve inanılmaz derecede kırılgan; nasıl onarılmaları gerektiğini de aslında bilmiyoruz
Esasen yerinde yeniden büyümelerini ummak gibi bir şey
Bana tam tersine doğal görünüyor
Hassasiyet her zaman zordu
Çoğu insan için bir topa 10 m vurmak, 1 m uzaktaki 1 mm'lik noktayı tam isabet ettirmekten daha kolaydır
Bir kum yığınını 100 m taşımak, çevredeki tanelere dokunmadan tek bir kum tanesini tam 1 cm taşımaktan daha kolaydır
Uçakları insanlar ilk ilkelerden tasarladı; biz icatlarımızı belgelemekte ve ilkelerini anlamakta iyiyiz
Ama biyolojik sistemlerle arayüz kuran şeyler yapmak bambaşka bir mesele
Uzaylı teknolojisini tersine mühendislik etmek gibi; medeniyetimizin tasarlamadığı, aşırı karmaşık bir şeyi geriye doğru izleyerek anlamamız gerekiyor
O kadar karmaşık ki, diğer alanlardaki ilerlemeler sayesinde anlamlı biçimde yoklayabileceğimiz araçları geliştirmemiz bile nispeten yakın zamanda oldu
Biz her zaman, en azından Antik Mısır'dan beri, fizikten daha fazla matematik biliyorduk; kimyadan daha fazla fizik biliyorduk; bedenimizden daha fazla kimya biliyorduk
Kullanılabilir teknolojiler de bu farkı yansıtıyor
Yakın gelecek bilimkurgusunda bu tür bir teknolojiyle laboratuvarda yetiştirilmiş yeni bir omurga nakletmek mümkün olur mu?
“CTRL-Labs’in hedeflerinin bir kısmı, ek bir parmağı kontrol edecek modeli eğitmek gibi epey tuhaf şeyler”
https://www.theverge.com/2018/6/6/17433516/ctrl-labs-brain-c...
Normalde kontrol edemediğimiz şeyleri kontrol edebilmek için sinirleri güçlendirebilir veya çapraz bağlayabilir miyiz?
Örneğin istediğimiz zaman hormon salgılayıp adrenalin yayabilsek ya da sakinleşebilsek nasıl olurdu?
Okuduğum kadarıyla omuriliğin de temel düzeyde tepki verme ve düşünme yetileri var; hatta bu, insanların üretebileceği seviyeyi aşabilir
Felçli hastalar için büyük bir umut
Yine de çok pahalı olup yalnızca birkaç milyonerin kullanabildiği bir teknolojiye dönüşmemesini umarım
Üniversitelerin doğrudan yayımladığı duyurular; örneğin rice.edu’nun büyük bir atılım duyurduğu türden yazılar, teşvikler o kadar çarpık olduğu için artık neredeyse tık tuzağı gibi geliyor
Araştırmacılar makale ve fon için sonuçları abartıyor, üniversite de öğrenci ve yatırımcı çekmek için bu sonuçları tekrar abartıyor
Başkaları da benzer mi hissediyor, yoksa ben mi fazla alaycı oldum, merak ediyorum
Akademik habercilik zor ve getirisi az bir iş
Alaycı bakmazsak, bir araştırmacının işinin yarısı sonuçları diğer araştırmacılara ve kamuoyuna aktarmaktır
Öfke kışkırtan haberlerin yayınları ve “ana akım haber” ana sayfalarını domine etmesindense, biraz abartılı olsa da heyecanlı üniversite duyuruları bence daha iyi
Ciddi araştırmacılar eninde sonunda gerçek hakem değerlendirmeli materyallere dönebilir
Makalede de bağlantı vardı; özgün metin burada: https://www.nature.com/articles/s41563-023-01680-4
PDF burada: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2022.01.24.477527v2....
Bu alanı çevresel düzeyde bilen biri olarak, piezoelektrik ve manyetostriktif aygıtlar ile sinir uyarımı/kaydını biraz biliyorum; DC bias oluşturabilen bir manyetostriktif malzeme görmüş değilim
Üstelik sinir uyarımı için aygıtı rezonans dışı modda çalıştırmak da yeni geliyor
1.000 feet uzaktan bakıyor gibiyim ama oldukça ilginç; bu yazının, abartısına değecek içerik taşıyan etkili bir haber olduğunu düşünüyorum
Sosyoloji hakkında bildiklerimizin hatırı sayılır bir kısmı sahte olabilir; ırk, cinsiyet ve toplumsal cinsiyet hakkındaki ilerici düşüncenin büyük temeli de bunun üzerine kuruluyorsa bu büyük bir sorun
En azından bu durumdan çok da farklı görünmüyor
Neural lace ne zaman çıkar acaba?
Potansiyelinin muazzam ve çekici olduğunu anlıyorum ama ben böyle bir ürünün erken kullanıcısı olmak istemem