A felső sorban az eredeti kép, az alsóban amit a cicák láttak © MindPixel.com

Az agy és a tudat tudományával foglalkozó MindPixel nevű blogon a chilei Chris McKinstry rendszeresen szemlézi a tudományos folyóiratokat. Ő elevenített fel egy a Journal of Neuroscience-ben 1999 szeptember 15-én megjelent kísérletet, amelynek során a Harvard egyetem Mérnöki és Alkalmazott Tudományokkal foglalkozó tanszékének biomérnöke, Garret B. Stanley megtalálta a módját, hogy kísérleti macskák agyára rácsatlakozva kinyerje az ott létrejövő vizuális információt.

Stanley és csapata 177 agyi sejt által kibocsátott jelet rögzítettek, miközben a kísérleti macskáknak 16 másodpercnyi, 64 x 64 pixel felbontású kül-, és beltéri videofelvételeket vetítettek. A kutatók egy egyszerű matematikai módszer segítségével dekódolták és képi információvá alakították az idegeken végigfutó elektromos impulzusokat. Bár egyelőre a rekonstruált víziók csupán fekete-fehérek, s felbontásuk is hagy kívánnivalót maga után, ennek ellenére meglepően hasonlítanak az erdeti képi információkra. A kísérlet során nem tudták valós időben rögzíteni a látottakat, ugyanis egyelőre csupán 10-10 neuronból voltak képesek kiszűrni a jeleket, ezért többször kellett ugyanazokat a felvételeket levetíteni.

Az összehasonlított filmkockák között átlagosan 31,1 milliszekundum telt el, a felső sorban az eredeti, a macskák számára levetített képsorok láthatóak, alul pedig az agyterületükről kinyert információból rekonstruált látvány. A hasonlóság szembetűnő, még akkor is, ha egyelőre csupán meglehetősen nyers formában sikerült „újra látni” amit a macskák érzékeltek.

Stanley felfedezésével számos tudományágat – akár a filozófiát is – megreformálhatja, s minden bizonnyal még ebben az évszázadban megjelennek az emberi tudatot a gépekkel közvetlenül összekapcsoló interfészek, amelyek a cyberpunk szubkultúrában William Gibson írásaiban jelentek meg először.

McKinstry a macskák kapcsán felidézi a Journal of Nanoparticle Research 2005 június 5-i számában megjelent cikket is, amelyben beszámolnak a nanovezetékek alkalmazásának lehetőségeiről. Az emberi hajnál százszor vékonyabb platina nanodrótokat egy amerikai és japán kutatókból álló csapat szerint a már meglévő technológiákkal előállíthatóak olyan mikroszkopikus vezetékek, amelyek a legvékonyabb hajszálerekbe is kényelmesen beférnek. Ezen nanoeszközök segítségével akár az ember teljes keringési rendszere bedrótozható lenne, anélkül, hogy problémát okozna a vérkeringésben, illetve a különféle tápanyagok és gázok érfalon keresztül történő cseréjében. Ennek segítségével pedig akár az egyes agysejtek működését is figyelemmel lehetne kísérni, illetve a különböző idegrendszeri betegségek – pl. a Parkinson-kór – kezelésére is új módszereket kínálna. A fentiekben vázolt videórögzítést is jóval egyszerűbben lehetne megoldani, arról nem beszélve, hogy mivel kétirányú jelforgalmat is lehetővé tesznek a nanodrótok, hosszútávon akár a cyberpunk világából megismert agy-számítógép csatlakozás is megvalósulhat.

A kísérlet

A kutatók a kezdeti kísérleti fázisban először szövetminták keringési rendszerén keresztül vezették a platina nanodrótokat, majd sikerrel használták a miniatűr hálózatot arra, hogy a véredényekhez közel eső egyes neuronok aktivitását.

„A nanotechnológia az egyik legfényesebben ragyogó csillag lehet az orvoslás és egyéb tudományok terén” – nyilatkozta a JNR-nek Mike Roco, a kísérletet támogató amerikai National Science Foundation fő nanotechnológiai tanácsadója.

A katéteres vizsgálatokat ma már rutinszerűen végzik az orvosok, hogy megfigyeljék a test egyes részeiben zajló folyamatokat. Különösen gyakran használják ezt a módszert a szív vérellátásának tanulmányozására. A kutatók víziója szerint hasonló elven alapul a nanodrótozás is, ugyanis miniatűr katéterekben egész csokornyi minivezetéket lehetne eljuttatni a test egyes pontjaira. A helyükre került drótok ezután rögzíthetik a neuronok, idegsejtek elektromos impulzusait, amelyből rekonstruálható az egyes szervek, agyterületek pontos működése.

Ha az elméletet a gyakorlatban is igazolni tudják, számtalan lehetőség nyílna meg az agyi funkciókat vizsgáló szakemberek előtt. A jelenleg használt metódusok, mint a pozitronemissziós tomográfia (PET), illetve a funkcionális mágneses rezonanciás képalkotó vizsgálat (fMRI) sok értékes információt szolgáltattak az egyes idegi folyamatok, például a vizuális, vagy nyelvi információk feldolgozásáról. Azonban az összkép még mindig meglehetősen homályos. Az egyes idegsejtek szintjén történő információrögzítés azonban számtalan kérdésre adhatna választ.

Mit hozhat a jövő?

„Ha sikerrel járunk, lehetőségünk nyílik arra, hogy akár az idegsejtek kölcsönhatásainak feltérképezésével tárjuk fel az agyműködést egy olyan nanoszonda segítségével, amely nem igényel drasztikus külső beavatkozást, s akár olyan szerkezettel is elkészíthető lenne, amely idővel lebomlik a szervezeten belül” – magyarázta Roco. „Az etikai kérdéseket szem előtt tartva ez a kutatás eleddig elképzelhetetlen kapuit nyithatja meg, amelynek eredményeként egy sor új terápia, egy sor eddig gyógyíthatalan, kezelhetetlen betegség ellenszere születhet meg. Ez a lehetőség pedig csupán a jéghegy csúcsa a nanoméretű berendezések és összetett nanorendszerek terén.”

Ez a gondolat nem csupán optimista nagyzolás, ugyanis a fent vázolt nanodrótos technológiával az orvosok tökéletes pontossággal lokalizálhatnak belső sérüléseket, vérzéseket, akár agyvérzés esetén is, tumorokat, s további agyi rendellenességeket. A kísérleti csoportot vezető Rodolfo R. Llinás szerint a nanovezetékeken akár kétirányú impulzus-, vagy adatforgalom is elképzelhető, ez pedig reménysugár lehet a Parkinson-kór kezelése terén. A jelenlegi gyakorlat során ugyanis a koponyán keresztül juttatnak drótokat az agyba, hogy a kór által érintett agyi területeket elektromosan stimulálják. Ez azonban az agyszövet sérülését okozhatja, szemben az agyi hajszálereken át a megfelelő részre eljuttatott nanodrótokkal.

Az első nagy kihívást az jelenti, hogy a hajszálerek ezreinek erdejében is a megfelelő helyre tudják navigálni a nanovezetékeket. A kutatók szerint ígéretes megoldás lehet a platina nanodrótokat speciális polimerekre cserélni, amelyek nemcsak az elektromos impulzusokat vezetik, de megfelelő elektromos mező használatával az alakjukat is változtatni tudják, így pedig már irányíthatóak a testen belül. Nem mellékes, hogy ez utóbbiak még a fenti kísérlet során alkalmazott platina drótoknál is 20-30-szor vékonyabbak, s biológiailag lebomlóak is lehetnek, s ezen tulajdonságuk alkalmassá teszi őket rövidtávú agyi implantátumok elkészítésére.

„Ezek az új generációs anyagok vonzó segédeszközöket jelentenek a nanotudmány számára” – nyilatkozta a JNR-nek Patrick A. Antequil, az MIT munkatársa. „A nagyfokú szabadság, amelyet kínálnak, széleskörű felhasználást tesz lehetővé.”

http://hvg.hu/Tudomany/20060110nano.aspx?s=2006110nl