Utkammad nanotråd kan göra cyborger till verklighet

Tanken med den nya metoden med massproducerade nanoimplantat är att på sikt låta hjärnan styra robotdelar, kommunicera med andras hjärnor, eller bli avscannad som en ritning att designa AI utifrån. Bakom upptäckten står Charles Liebers forskargrupp från Harvard som publicerat sina resultat i Nature Nanotechnology.

Men kan man inte läsa av hjärnans elektriska aktivitet redan idag? Svaret är att jo, det kan man. Till viss del. Sätter man exempelvis elektroder utanpå hjässan kan man plocka upp hjärnaktivitet genom ett så kallat EEG (elektroencefalografi). Men även om man lyckats använda signalen från ett EEG för att styra både robotdelar, drönare, och rullstolar, är graden av kontroll relativt grov och svårstyrd.

Signaljakten ledde forskarna in i hjärnan

Precis som när en mikrofon tar upp ljud, beror styrkan på upptagningen av hjärnans signaler på hur nära själva nervcellerna man kan komma. Ju närmre, desto bättre blir kvaliteten på signalen som tas upp, och likaså kontrollen över exempelvis en robothand – som målet är att kunna styra lika lätt som om det vore ens egen av kött och blod.

Vi pratar alltså inte längre om fastklistrade elektroder utanpå hjässan, utan implantat som placeras inuti hjärnan med komplex hjärnkirurgi. Forskning & Framsteg skrev förra året om Elon Musks företag Neuralink som utvecklar precis sådan teknik. Implantaten placeras tillräckligt nära andra nervceller för att kunna tjuvlyssna på signalen utifrån, och Neuralink hoppas på att börja använda sin teknik på människor redan 2020.

Nästa steg: hela vägen in i nervcellerna

Men signalen blir allra bäst om man kan göra en upptagning inifrån själva cellen, och det lyckades Erwin Neher och Bert Sakmann med för mer än 30 år sedan – när de fick Nobelpriset i medicin år 1991 för sin ”patch clamp”.

Det är en metod där en mikropipett fylld med elektrolytvätska kopplad till en elektrod får kontakt med själva cellmembranet. Problemet är att metoden skadar cellerna, och den kan dessutom bara läsa av några få åt gången. Bra för att studera enskilda celler i ett labb – dåligt om man vill koppla upp miljontals av hjärnans nervceller till en robotkropp.

Charles Liebers forskargrupp på Harvard ville komma runt det, och 2010 lyckades de utveckla ett implantat med nanotråd som kan ta sig in i cellen – utan att skada den. Implantatet kan läsa av många nervceller samtidigt, men problemet var att det tog lång tid att skapa för hand. På två till tre veckor hann forskarna bara med att tillverka några få. En droppe i havet jämfört med hjärnans 86 miljarder nervceller.

Men nu har samma forskargrupp tagit fram en metod som kan användas för att istället tillverka tusentals implantat åt gången.

Mer effektivt att ”kamma” ut tråden

Implantaten består av en elektrod, med en bit nanotråd längst ut i en U-form. Spetsen av U:et förs in genom cellvägen och tar upp de elektriska signalerna där inne. Att få till nanotråden till rätt form för hand är det som tar tid, eftersom implantaten är så små – bara en bråkdel så stora som nervcellerna.

Anqi Zhang är en av forskarna bakom upptäckten, och berättar hur de gick till väga för att åstadkomma massproduktion:

– Med den nya metoden gjorde vi först tusentals U-formade diken på ett underlag, och kammade sedan nanotrådarna, lika flexibla som kokta nudlar, över det. Då förankras trådarna och formas till rätt U-form. På det sättet kan vi göra tusentals implantat samtidigt, också på två till tre veckor, säger hon.

Just nu puttar nervcellen ut implantatet efter ungefär tio minuter, och nästa steg är att få det att sitta kvar längre. Att stryka på ett särskilt lim kan vara en lösning på problemet, säger forskarna.

”Som optimist tror jag inte att det är en avlägsen framtid”

Onur Parlak, postdoktor på Karolinska Institutets center för medicinsk nanovetenskap, är både positiv och avvaktande till upptäckten.

– Det är väldigt lovande nyheter, men kommer inte utgöra ett riktigt genombrott förrän teknologin bevisats genom mycket mer rigorös testning. Nästa stora steg för Liebergruppen är att visa robusta prestationer i studier över tid och under olika förhållanden, säger han.

Vilket år kan en helt uppkopplad hjärna bli verklighet?

– Det är en svår fråga. Men som optimist tror jag inte att det är en avlägsen framtid. Dagens teknologi var science fiction förr i tiden. Så det vi bara kan fantisera om idag kommer bli verklighet inom några decennier, säger Onur Parlak.