Gdy przednia łapa szczura drgnęła, tylna odpowiedziała. Ciało stało się siecią

Mikroimplanty SWANS są na tyle małe, że można je wszczepić za pomocą strzykawki. Komunikują się przez tkanki ciała. Fot. Wikimedia Commons, Public domain

Kiedy przednia łapa szczura poruszyła się, jego tylna kończyna odpowiedziała skurczem. Ta synchronizacja nie była dziełem mózgu ani rdzenia kręgowego - sygnał popłynął na skróty, przez tkanki, za pomocą słabego impulsu elektrycznego. „Ciało to już nie tylko miejsce, w którym znajdują się urządzenia. Stało się częścią sieci komunikacyjnej” - mówi Yoon Jae Lee, adiunkt informatyki na Georgia State University i współautor badania.

Koniec z Bluetooth w organizmie

→ Czytaj też: Przemoc w dzieciństwie zostawia bliznę w mózgu. Badanie UCLA pokazuje, jak głęboką

Rozruszniki serca czy pompy insulinowe już dziś potrafią reagować na sygnały z ciała. Problem polega na tym, że komunikacja między czujnikiem a aktuatorom często wymaga łącza Bluetooth. To z kolei oznacza większą baterię i większy rozmiar implantu. W newralgicznych miejscach - głęboko w jelitach czy mięśniach - po prostu brakuje na to miejsca. Zespół z Georgia Institute of Technology postawił na inną drogę: przewodnictwo elektryczne tkanek. W czasopiśmie Science przedstawiono miniaturowe implanty o nazwie Smart Wireless Autonomous Networking System (SWANS) - na tyle małe, że można je wszczepić strzykawką.

„Ciało nie przepada za wbijaniem w nie dużych przedmiotów” - zauważa Hyowon „Hugh” Lee, profesor inżynierii biomedycznej na Purdue University, niezwiązany bezpośrednio z projektem. Dzięki rezygnacji z tradycyjnej bezprzewodowej transmisji danych urządzenia SWANS unikają tego problemu, a zabieg ich implantacji przypomina zwykły zastrzyk.

Impuls zamiast strumienia danych

→ Czytaj też: GLP-1 kontra siła woli. Dlaczego otyłość to nie tylko kwestia charakteru

Sieć SWANS składa się z czujników wychwytujących zmiany w organizmie i aktuatorów, które na te zmiany reagują. W eksperymencie na szczurach czujniki na przednich łapach wykrywały ruch i przekazywały informację do huba noszonego przez zwierzę. Hub emitował słaby impuls elektryczny, który rozchodził się przez słone tkanki ciała. Gdy docierał do aktuatora podłączonego do nerwu kulszowego w nodze - ten pobudzał kończynę do ruchu.

„Mamy zdolność dekodowania informacji w jednym miejscu i przesyłania jej aż do innego obszaru, gdzie jest potrzebna” - wyjaśnia Alex Abramson, adiunkt biotechnologii w Georgia Tech i główny autor badania.

Kluczem jest prostota. Impulsy działają prawie jak sygnał cyfrowy - tak lub nie - a nie jak ciągły strumień danych. Dzięki temu zużycie energii jest znikome. Gdyby aktuator był uruchamiany raz dziennie, jego miniaturowa bateria mogłaby wytrzymać około roku. Po tym czasie zużyte implanty wystarczyłoby usunąć i wstrzyknąć nowe podczas corocznej wizyty lekarskiej.

Od szczura do człowieka - obietnice i wyzwania

W badaniu sygnały pokonywały dystans około 40 centymetrów. U szczura to wystarczy, u człowieka może być trudniej - tkanka tłuszczowa i większa masa ciała prawdopodobnie ograniczą zasięg. Hugh Lee wskazuje też na kwestię bezpieczeństwa: „Jeśli ktoś zdoła podszyć się pod urządzenie noszone i aktywować implanty bez potrzeby, może to być problematyczne”. Zespół musi więc zadbać o odporne na zakłócenia kodowanie sygnałów.

To nie pierwsza próba zbudowania cyfrowego układu nerwowego. Wcześniejszy projekt BION, wykorzystujący wszczepialne mikrostymulatory, dotarł do fazy testów klinicznych, ale nigdy nie uzyskał zgody amerykańskiej Agencji Żywności i Leków. SWANS póki co sprawdzono wyłącznie na szczurach. Mimo to potencjalne zastosowania - od inteligentnych protez po systemy dostarczania leków - są zbyt kuszące, by zignorować to podejście. „Wyobraź sobie protezę łączącą się ze skórą - możemy przesyłać informacje z zakończeń mięśni aż do protezy” - dodaje Abramson.

W wizji badaczy ludzkie ciało przestaje być biernym środowiskiem dla elektroniki medycznej, a staje się aktywnym medium komunikacyjnym - i to bez użycia fal radiowych.