Het is onbekend of we zullen leven om de creatie van cyborgs te zien, maar onze kinderen zullen dat waarschijnlijk wel zijn. Wetenschappers maken willens en wetens steeds meer gedetailleerde hersenkaarten, het is tijd om het meer te vinden dan een diagnostische applicatie.
Er is al nano-elektronica die eruitziet, beweegt en werkt als echte neuronen. Weggestopt in de hersenen, zeggen experts dat dergelijke implantaten de beste behandeling bieden voor de ziekte van Alzheimer, PTSS, of zelfs de cognitieve prestaties verbeteren.
In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nature Biotechnology betogen Sean Patel, een professor aan de Harvard Medical School en het Massachusetts General Hospital, en Charles Lieber, een professor aan de Joshua University, en Beth Friedman dat neurotechnologie aan de vooravond staat van een grote doorbraak. Wetenschappers hebben lange tijd disciplines gecombineerd om problemen op te lossen die verder gaan dan een enkel veld. En nu zijn de vruchten rijp.
"De dichtstbijzijnde grens is de versmelting van menselijke kennis met machines", zegt Patel.
Het beheersen van elektrische activiteit in de hersenen zelf is niets nieuws. Daarom gebruiken artsen al decennia lang elektroden die in de hersenen zijn geïmplanteerd om trillingen bij patiënten met de ziekte van Parkinson te verlichten.
Tijdens de implantatie zijn Parkinson-patiënten wakker, zodat chirurgen de elektrische impulsen kunnen kalibreren. 'Je kunt zien hoe de persoon de controle over zijn ledematen terugkrijgt zonder de plaats te verlaten', bewondert Patel, 'het verbaast me.'
Maar moderne sensoren zijn beperkt vanwege hun grootte en onbuigzaamheid. "De hersenen zijn zacht en de implantaten zijn hard", vervolgt Patel. "Bovendien ziet elke elektrode eruit als een potlood. Hij is groot".
Grote elektroden gedragen zich soms, zo niet als een olifant in een porseleinkast, dan wel als een beer. Ze stimuleren meer gebieden dan bedoeld, en veroorzaken soms ernstige bijwerkingen zoals spraakstoornissen.
Promotie video:
Bovendien neemt het immuunsysteem van de hersenen na verloop van tijd rigide implantaten waar als vreemde voorwerpen: de gliacellen van de hersenen absorberen de potentiële indringer, terwijl ze de inheemse neuronen verdringen of zelfs doden en het vermogen van het apparaat om de behandeling te ondersteunen, verminderen.
Maar ongeveer vier jaar geleden, toen Sean Patel voor het eerst de ultraflexibele alternatieven van Charles M. Lieber ontdekte en besefte: "Dit is de toekomst van hersen-machine-interfaces!"
De mesh-elektronica van Lieber heeft een afmeting die overeenkomt met hersenneuronen en heeft bijna geen immuunrespons vanwege hun cellulaire en subcellulaire kenmerken en de buigstijfheid van de hersenen.
Dergelijke implantaten zijn op lange termijn dicht bij levende neuronen in staat om zeer nauwkeurige informatie te verzamelen over neurale interacties tijdens gezondheid en ziekte, waardoor een communicatiekaart van de hersenen op cellulair niveau wordt opgebouwd.
Mesh-elektronica kan worden aangepast om elke neurologische aandoening te behandelen. Wetenschappers hebben al aangetoond hoe dergelijke implantaten neonatale neuronen naar gebieden leiden die door een beroerte zijn beschadigd.
"Het potentieel is absoluut uitstekend", zegt Patel, "ik zie perspectieven op het niveau van wat ooit begon met de transistor of telecommunicatie."
Adaptieve elektroden kunnen een ongelooflijk nauwkeurige controle over prothesen of zelfs verlamde ledematen bieden. Ze zullen kunnen fungeren als neurale vervangers en beschadigde neurale circuits repareren met behulp van neurofeedback.
