そうです、電極を脳に埋め込むことができるのです！

制作：中国科学普及協会

著者：石宮

プロデューサー: 中国科学博覧会

想像できますか？将来的には、針を使って脳に電極を埋め込むだけでよくなり、いくつかの医療手段の助けを借りて、神経疾患患者の生活を悩ませている症状を解決できるようになるでしょう。

この一見遠いアイデアは、成功に一歩近づくことになるかもしれない。科学誌「サイエンス」に最近掲載された論文によると、科学者たちは生体の脳に電極を埋め込むことに成功し、テクノロジーが再び人々の生活を変えることができるという希望を与えている。

脳

（写真提供：Veer Gallery）

脳に電極を埋め込むにはどうすればいいですか?

では、科学者はどのようにして生体内に導電性電極を配置し、設置するのでしょうか?

科学者たちは、無毒の成分からなる多成分ゲル混合物を作成した。混合ゲルを体内に注入すると、体内の神経組織周辺の内因性酵素が混合物中の前駆体を触媒し、一連の酸化重合および架橋反応を経てイオン電子混合導電性ポリマーを生成し、最終的に体内で長期間安定した均一な柔らかい電極を形成します。

電極形成プロセス

（画像出典：参考1）

科学者たちはこのゲルをゼブラフィッシュのヒルの頭、尾びれ、心臓、神経組織の周囲に注入し、ゲルが体内の天然分子と接触すると、ゲル自体の構造が変化して体内で伝導性が生じることを発見した。この電極は生物の組織に害を及ぼすことはなく、また身体の免疫拒絶反応を引き起こすこともありません。

簡単に言えば、科学者たちは生物に有害でもなく、生物に拒絶されることもないゲルを開発したのです。このゲルは体内に入ると、構造変化によって導電性を生み出します。

この方法により、体内の特定の神経組織の周囲に導電性材料をうまく配置し、神経刺激に適したインタラクティブ インターフェースを作成できます。科学技術のさらなる発展により、生体内に集積電子回路を作成することは完全に可能になります。

生体内で形成された電極

（画像出典：参考1）

他に体内に埋め込める「ハイテク」は何か

神経の近くに電極を埋め込むことに加えて、人体に埋め込むことができる他の「ハイテク」デバイスがあり、それを必要とする人々に朗報をもたらしています。

神経インプラント

神経機能障害が人体にもたらす不便を軽減するために、米国国防総省と国立衛生研究所は神経インプラントの研究に多額の資金を投入してきました。

神経インプラントは、人体のニューロンと相互作用し、それを感知できる特殊な装置です。私たちが考えたり思い出したりすると、脳内のニューロンが活性化され、埋め込まれて記録されるパルス状の電波を発します。

したがって、埋め込まれたデバイスは脳内の神経の特定の活動を良好に記録することができます。これに基づいて、神経系の外部制御が可能になります。この技術により、記憶力の向上、脳神経機能障害の軽減などが可能になります。

脳の記憶

（写真提供：Veer Gallery）

人工心臓

心は人間の生命を維持する原動力です。心臓が病気になると、人間の生存に直接影響を及ぼします。幸いなことに、磁気浮上式人工心臓はより多くの心臓病患者に希望をもたらしました。

人工心臓は腰に装着するスピーカーに似ています。厚さは3cm未満、直径は5cm、重さは0.5ポンド未満なので、持ち運びに便利です。人工心臓の動作原理には永久磁石と電磁石の特性が関係しています。これら2つを効果的に調節することで、血液ポンプの容量を減らすことができます。さらに、研究者らは人工心臓を体内の血液に適合させることに成功し、体外拒絶反応や血栓症の問題を解決した。

ただし、注意すべき点が 1 つあります。人工心臓には常に電力を供給する必要があります。電源が切れると生命に危険が及びます。そのため、日常生活において停電が起こらないようにする必要があります。

心臓

（写真提供：Veer Gallery）

結論

現代科学の発展は、一見すると素晴らしいアイデアの実現に役立ち、病気に苦しむ人々に新たな希望を与えることにも役立っています。科学のさらなる発展により、人体に埋め込まれた「ハイテク」はより安定した強力な機能を持ち、それが真に人類に利益をもたらし、科学技術による生活の変化をさらに実現すると信じています。

参考文献:

[1] ストラコサス、クセノフォンビースマンス、ハンネ;アブラハムソン、トビアス;等代謝産物誘導による基質フリー有機バイオエレクトロニクスの生体内製造。サイエンス、2023、379、6634、795-802。

[2] 方思源。遠心磁気浮上式心臓ポンプの支持特性に関する研究[D]武漢理工大学、2012年。

[3] ヤン・ダン、他埋め込み型神経微小電極。材料レビュー。 2020年、34(01)。

編集者：郭 雅新