Güney Kore’deki Beyin İmplantı, ABD’den Kontrol Edilebiliyor

Araştırmacılar, şimdi bu imkansızlığı mümkün kılacak bir teknoloji geliştirdiler. Chicago’daki bilim insanları, Güney Kore’deki Daejeon şehrinde bulunan bir beyin implantını uzaktan kontrol edebiliyorlar. Bu işlem, 10.596 kilometre (6.584 mil) mesafeden gerçekleştiriliyor.

Sinyal, internet üzerinden Kore laboratuvarındaki bir bilgisayara iletildi ve bu bilgisayar da komutu kablosuz olarak beyin implantına gönderdi. Sistem, ortalama 109 milisaniyede yanıt verdi.

Bu uzun mesafeli kontrol denemesi, cihazın başka bir ülkeden de çalıştırılabileceğini gösteren bir mühendislik örneğiydi.

Uzaktan kontrol, beyin araştırmalarında pratik uygulamalara sahip olabilir. Araştırmacılar genellikle deneylere başlamadan önce veya hayvanlara yaklaşarak ekipmanları çalıştırmak zorunda kalırlar. Bu durum, hayvanın davranışını etkileyebilir. Uzaktan etkinleştirilebilen bir cihaz, bu tür müdahaleleri azaltabilir ve farklı lokasyonlardaki bilim insanlarının aynı deneylerde yer almasını sağlayabilir.

“RAPIDO” adı verilen sistem, KAIST ve Yonsei Üniversitesi’ndeki araştırmacılar tarafından geliştirildi ve Science Advances dergisinde yayınlanan bir çalışmada detaylandırıldı.

Serbestçe hareket edebilen bir fare tarafından taşınabilecek kadar küçük olan RAPIDO, beyin içinde iki farklı görev gerçekleştirebiliyor. Birincisi, minik bir kanal aracılığıyla madde transferi ve ikincisi ise minyatür bir LED’den ışık yayma. Araştırmacılar, bu fonksiyonları ayrı ayrı kontrol edebiliyor ve önceden programlayabiliyorlar.

Daha önceki implantların aksine, RAPIDO yeniden doldurulabilir bir kartuşa sahip ve internet üzerinden programlanmış dozları ve ışığı sağlayabiliyor.

KAIST’deki elektrik mühendisi Jae-Woong Jeong, “Beyin implantımız, araştırmacıların serbestçe hareket eden hayvanlarda tekrarlayan, uzun süreli ve uzaktan kontrollü ilaç ve optik müdahaleler yapmasına olanak tanır” dedi.

“Bu, doğrudan müdahale olmadan ve deneycinin etkisini azaltarak longitudinal (uzun süreli) deneyler yapmayı mümkün kılar.”

Ekip, uzaktan bağlantıyı gösterdikten sonra, bu iki fonksiyonu ayrı fare deneylerinde test etti.

İlk deney setinde, araştırmacılar ilaç dağıtım sistemini test ettiler. İmplant, kokainin doğrudan nucleus accumbens bölgesine (ödül ile ilişkili bir beyin bölgesi) farklı dozlarda enjekte edildi. Bu dozlar, farelerin hareketlerinde ilgili değişikliklere neden oldu ve bu etkiler implantın yerleştirilmesinden iki, üç ve dört hafta sonra da gözlemlendi.

Bu durum, implantın kontrollü dozları tekrarlayarak ve ölçülebilir davranışsal etkilere neden olarak uzun süre boyunca çalışabileceğini gösterdi. Ancak bu deney, bağımlılık tedavisini test etmedi.

İkinci deneyde, ışığın farelerin neye daha çok ilgi duyacağını etkileyip etkilemediği araştırıldı. Bu deneyde optogenetik kullanıldı; bu yöntem, belirli hücreler veya süreçler içindeki seçilmiş yapıların ışığa tepki vermesini sağlar. ScienceAlert daha önce de yapay nöronların genetiğiyle değiştirilmiş canlı nöronlarla ışık kullanarak iletişim kuran deneyleri haberleştirmişti.

Bu ikinci deneyde, kokain farelerin karınlarına enjekte edildi (implant aracılığıyla değil), böylece ışığın etkileri izole edilebildi. Işık verilmeden kokain verilen fareler, daha sonra kokainle ilişkilendirilen bölüme daha çok ilgi gösterdiler.

Başka bir grupta ise, koşullanma sırasında implanttan gelen ışık, RhoA sinyal yolunu etkinleştirdi. Bu faredeki, kokainle ilişkili bölüme aynı ilgiyi göstermediler.

Jeong, “Bu deneyler, platformun belirli nöral manipülasyonlar ile davranış arasındaki nedensel bağlantıları araştırmadaki yeteneğini gösteriyor” dedi.

Sonuçlar, cihazın kokain bağımlılığını tedavi ettiği anlamına gelmiyor. Bu, farelerde yapılan kavramsal kanıt deneyleriydi ve öğrenilmiş bir bölge tercihini değiştirmek, yerleşik bir bağımlılığı tedavi etmekten farklıdır.

Jeong, “En büyük zorluk, bu implantın insan beyninde uzun vadeli güvenliğini ve güvenilirliğini göstermektir” dedi.

Klinik bir cihaz için, biyouyumluluğunun, paketlemenin, ilaç dağıtımının ve güvenlik önlemlerinin daha fazla test edilmesi gerekecektir. Optogenetik de başka bir zorluk teşkil ediyor çünkü bu, ışığa duyarlı genlerin güvenli bir şekilde verilmesini gerektiriyor.

“Bu beyin implantı şu anda, gelecekteki terapötik stratejilerin geliştirilmesine ve değerlendirilmesine yardımcı olabilecek bir araştırma platformu olarak görülmelidir, kendi başına bir klinik cihaz olarak değil” dedi Jeong.

İlaç dağıtan ve ışık yayan kablosuz beyin implantları tamamen yeni bir teknoloji değil. Daha önce KAIST’deki Jae-Woong Jeong liderliğindeki çalışmalar, serbestçe hareket eden fareler için değiştirilebilir ilaç kartuşlarına sahip, akıllı telefonla kontrol edilebilen implantlar üretmişti.

RAPIDO’nun en önemli ilerlemesi, birden fazla özelliği bir araya getirmesi: tekrarlanabilir ilaç dağıtımı, hedeflenen ışık uyarımı, programlanabilir çalışma ve internet üzerinden kontrol.

Sonuç olarak, bu araştırma üç temel sonucu ortaya koydu: Bir beyin implantı Güney Kore’de ABD’den gönderilen komutlara yanıt verdi; cihaz, dört haftaya kadar tekrarlanan kokain dozları uyguladı; ve ayrı bir deneyde, ışık aktivasyonu farelerin kokainle ilişkili bölüme ilgi göstermesini engelledi.

Bu sonuçlar birlikte, RAPIDO’nun belirli beyin süreçlerini değiştirmek ve ilgili davranışsal etkileri ölçmek için kullanılan uzaktan kontrol edilebilen bir araştırma aracı olduğunu gösteriyor.

Araştırma, Science Advances dergisinde yayınlandı.

Bu makale Fiona MacDonald tarafından doğrulanmış ve düzenlenmiştir. Sürecimizle gurur duysak da, biz de sadece insanlarız. Herhangi bir hata görürseniz, lütfen bize bildirin.