Deep Các liệu pháp kích thích não đã chứng minh là một lựa chọn điều trị vô giá cho những bệnh nhân mắc các bệnh suy nhược khác như Parkinson. Tuy nhiên, nó – và công nghệ anh em của nó, giao diện máy tính não – hiện đang mắc phải một thiếu sót nghiêm trọng: các điện cực chuyển đổi xung điện tử thành tín hiệu điện sinh học không phù hợp với mô não xung quanh. Và đó là nơi những người mặc áo khoác phòng thí nghiệm và cầm mực bước vào! Trong We Are Electric: Inside the 200 Years Hunt for Our Body’s Bioelectric Code, and What the Future , tác giả Sally Adee đi sâu vào hai thế kỷ nghiên cứu về một nhánh khám phá khoa học thường bị hiểu lầm và ác ý, hướng dẫn độc giả từ những công trình tiên phong của Alessandro Volta cho các ứng dụng cứu mạng sống có thể trở nên khả thi khi các bác sĩ học cách giao tiếp trực tiếp với các tế bào của cơ thể chúng ta.
Sách Hachette
của Sally Adee. Bản quyền © 2023. Có sẵn từ Hachette Books, chi nhánh của Hachette Book Group, Inc.
Bị mất trong bản dịch
“Có một sự bất đối xứng cơ bản giữa các thiết bị thúc đẩy nền kinh tế thông tin của chúng ta và các mô trong hệ thần kinh,” Bettinger nói với The Verge vào năm 2018. “Điện thoại di động và máy tính của bạn sử dụng các điện tử và chuyển chúng qua lại như một đơn vị thông tin cơ bản. Tuy nhiên, tế bào thần kinh sử dụng các ion như natri và kali. Điều này quan trọng bởi vì, để tạo ra một phép loại suy đơn giản, điều đó có nghĩa là bạn cần dịch ngôn ngữ đó.”
“Thực ra, một trong những cách gọi sai trong lĩnh vực này là tôi đang tiêm chích Kip Ludwig giải thích về dòng điện chạy qua các điện cực này. “Không nếu tôi làm đúng, tôi không làm.” Các điện tử truyền qua dây bạch kim hoặc titan đến bộ phận cấy ghép không bao giờ đi vào mô não của bạn. Thay vào đó, chúng xếp hàng trên điện cực. Điều này tạo ra một điện tích âm, kéo các ion từ các tế bào thần kinh xung quanh nó. Ludwig cho biết: “Nếu tôi kéo đủ lượng ion ra khỏi mô, tôi sẽ mở ra các kênh ion bị kiểm soát điện áp. Điều đó có thể — nhưng không phải lúc nào cũng — biến ngọn lửa thần kinh thành tiềm năng hành động. Lấy dây thần kinh để bắn. Thế là xong — đó là nước đi duy nhất của bạn.
Nghe có vẻ phản trực giác: hệ thần kinh hoạt động dựa trên điện thế hoạt động, vậy tại sao nó không hoạt động nếu chỉ cố gắng viết ra điện thế của chính chúng ta tiềm năng hành động trên tiềm năng của chính bộ não? Ludwig nói, vấn đề là những nỗ lực của chúng ta để viết ra các tiềm năng hành động có thể bị cản trở một cách khó tin. Không phải lúc nào họ cũng làm những gì chúng ta nghĩ họ làm. Có điều, các công cụ của chúng ta không đủ chính xác để chỉ tấn công chính xác các tế bào thần kinh mà chúng ta đang cố gắng kích thích. Vì vậy, mô cấy nằm giữa một loạt các tế bào khác nhau, quét lên và kích hoạt các tế bào thần kinh không liên quan bằng điện trường của nó. Hãy nhớ cách tôi nói glia theo truyền thống được coi là nhân viên vệ sinh của bộ não? Chà, gần đây có thông tin cho rằng chúng cũng thực hiện một số xử lý thông tin—và các điện cực vụng về của chúng ta cũng sẽ kích hoạt chúng với những tác động chưa biết. Ludwig nói: “Nó giống như kéo nút bồn tắm của bạn và chỉ cố gắng di chuyển một trong ba chiếc thuyền đồ chơi trong nước tắm. Và ngay cả khi chúng ta xoay sở để đánh trúng các tế bào thần kinh mà chúng ta đang cố gắng đánh, thì không có gì đảm bảo rằng sự kích thích sẽ đánh vào đúng vị trí.
Đưa điện phân vào y học , chúng ta thực sự cần những kỹ thuật tốt hơn để nói chuyện với các tế bào. Nếu rào cản ngôn ngữ giữa điện tử với ion là một trở ngại trong việc nói chuyện với các tế bào thần kinh, thì đó là một rào cản tuyệt đối đối với các tế bào không sử dụng tiềm năng hành động, giống như những tế bào mà chúng ta đang cố gắng nhắm mục tiêu bằng các can thiệp điện thế hệ tiếp theo, bao gồm tế bào da, tế bào xương và phần còn lại. Nếu chúng ta muốn kiểm soát điện áp màng tế bào ung thư để đưa chúng trở lại hoạt động bình thường; nếu chúng ta muốn thúc đẩy dòng điện vết thương trong tế bào da hoặc xương; nếu chúng ta muốn kiểm soát số phận của một tế bào gốc—không điều gì trong số đó có thể đạt được với công cụ duy nhất và duy nhất của chúng ta là biến ngọn lửa thần kinh thành điện thế hoạt động. Chúng ta cần một bộ công cụ lớn hơn. May mắn thay, đây là mục tiêu cho một lĩnh vực nghiên cứu đang phát triển nhanh nhằm tạo ra các thiết bị, phần tử máy tính và hệ thống dây điện có thể giao tiếp với các ion bằng tiếng mẹ đẻ của chúng.
Một số các nhóm nghiên cứu đang nghiên cứu về “dẫn truyền hỗn hợp”, một dự án có mục tiêu là các thiết bị có thể nói năng lượng sinh học. Nó phụ thuộc rất nhiều vào nhựa và các loại polyme tiên tiến với tên dài thường bao gồm dấu chấm câu và số. Nếu mục tiêu là một điện cực DBS mà bạn có thể giữ trong não hơn mười năm, thì những vật liệu này sẽ cần tương tác an toàn với các mô tự nhiên của cơ thể lâu hơn nhiều so với hiện tại. Và cuộc tìm kiếm đó còn lâu mới kết thúc. Mọi người bắt đầu tự hỏi một cách dễ hiểu: tại sao không bỏ qua khâu trung gian và thực sự tạo ra thứ này từ vật liệu sinh học thay vì sản xuất polyme? Tại sao không tìm hiểu xem tự nhiên hoạt động như thế nào?
Đã từng thử trước đây. Vào những năm 1970, có một làn sóng quan tâm đến việc sử dụng san hô để ghép xương thay vì ghép tự thân. Thay vì phẫu thuật hai lần gây chấn thương để lấy mô xương cần thiết từ một phần khác của cơ thể, cấy ghép san hô hoạt động như một giàn giáo để các tế bào xương mới của cơ thể phát triển và tạo thành xương mới. San hô có tính dẫn điện tự nhiên, có nghĩa là các tế bào xương mới vui vẻ trượt vào nó và thấy nó là một nơi dễ chịu để sinh sôi nảy nở. Nó cũng có thể phân hủy sinh học: sau khi xương phát triển trên đó, san hô dần dần được hấp thụ, chuyển hóa và sau đó được cơ thể đào thải ra ngoài. Những cải tiến ổn định đã tạo ra một số phản ứng viêm nhiễm hoặc biến chứng. Hiện nay có một số công ty trồng san hô chuyên dụng để ghép xương và cấy ghép.
Sau thành công của san hô, người ta bắt đầu xem xét kỹ hơn các nguồn nguyên liệu sinh học từ biển. Lĩnh vực này hiện đang phát triển nhanh chóng – nhờ các phương pháp xử lý mới giúp thu hoạch nhiều vật liệu hữu ích từ những thứ từng chỉ là rác thải biển, thập kỷ qua đã chứng kiến ngày càng nhiều vật liệu sinh học có nguồn gốc từ các sinh vật biển. Chúng bao gồm các nguồn thay thế cho gelatin (ốc sên), collagen (sứa) và keratin (bọt biển), nguồn hải sản dồi dào, tương thích sinh học và có thể phân hủy sinh học. Và không chỉ bên trong cơ thể — một lý do khiến sự quan tâm đến những thứ này tăng vọt là nỗ lực tránh xa các vật liệu nhựa tổng hợp gây ô nhiễm.
Ngoài tất cả các lợi ích khác của hàng hải- các bản sao có nguồn gốc, chúng cũng có thể dẫn dòng ion. Đó là điều mà Marco Rolandi đã nghĩ đến vào năm 2010 khi ông và các đồng nghiệp của mình tại Đại học Washington chế tạo một bóng bán dẫn từ một miếng mực.
Tất cả các sản phẩm do Engadget đề xuất đều do nhóm biên tập của chúng tôi lựa chọn, độc lập với công ty mẹ của chúng tôi. Một số câu chuyện của chúng tôi bao gồm các liên kết liên kết. Nếu bạn mua thứ gì đó thông qua một trong những liên kết này, chúng tôi có thể kiếm được hoa hồng liên kết. Tất cả giá đều chính xác tại thời điểm xuất bản.
Sưu tầm