Американские ученые приблизились к созданию искусственной кожи, способной вернуть обладателям протезов естественное чувство осязания. Они создали электронные датчики, которые посылают в мозг мышей практически такие же сигналы, как и механорецепторы в коже человека. Об изобретении сообщает журнал Science.
Датчики осязания на современных протезах все еще не могут сравниться с настоящими тактильными рецепторами кожи. Когда последние ощущают внешнее давление, они «выстреливают» потоком нервных импульсов: чем сильнее давление, тем выше частота. Однако искусственные датчики пока были исключительно аналоговыми устройствами — сильное давление вызывает в них более сильный сигнал, а не повышает частоту импульсов. Поэтому они нуждаются в дополнительной микросхеме, преобразующей сильные сигналы в цифровой поток импульсов.
Инженер-химик из Стэнфордского университета Чжэнань Бао (Zhenan Bao) и ее коллеги создали датчики, сразу же выдающие цифровые сигналы. Они исправили устройства, разработанные еще в 2010 году: миниатюрные резиновые стержни, содержащие токопроводящие углеродные нанотрубки и пару электродов. В состоянии покоя резина изолирует электроды друг от друга, а при давлении нанотрубки соприкасаются и ток начинает идти между электродами.
Бао заменила стержни на перевернутые пирамиды и увеличила их чувствительность к прикосновениям (от дуновения ветерка до крепкого рукопожатия). Также она добавила туда кольцевые генераторы, преобразующие электрические сигналы от пирамид в поток импульсов. Как и в природных тактильных рецепторах, чем сильнее давление, тем выше частота импульсов, которые выдают кольцевые генераторы.
Однако группа Бао пошла еще дальше. Обычно в экспериментах такого рода в кору головного мозга животных встраиваются металлические электроды. Они достаточно быстро повреждают ткани мозга, из-за чего продолжительность экспериментов сильно лимитирована. Ученые решили посылать электронные импульсы от датчиков осязания к светодиоду, который конвертировал их в поток импульсов синего света.
Изображение: Tee et al., 2015/Science
Коллеги-генетики перестроили соматосенсорную кору мышей так, чтобы та поглощала синий свет и реагировала на него. Срез светочувствительной коры вырезали из организма мыши и поместили в лабораторные условия. Далее в ходе эксперимента они выяснили, что ткани мозга принимали сигналы от датчиков и естественно реагировали на них.
Однако до практического применения новой технологии еще далеко: ткани человеческого мозга, например, пока невозможно генетически модифицировать для приема световых сигналов. Таким образом, ученым придется искать новый способ безопасной и долгосрочной передачи электрических сигналов от протезов к мозгу.
