Po raz pierwszy sprawdzono w warunkach orbitalnych bezprzewodowy, wszczepialny interfejs mózg–komputer, zaprojektowany tak, by działał długoterminowo. W praktyce oznacza to próbę odpowiedzi na pytanie, które w neuronauce wraca jak bumerang: czy implanty da się zbudować tak, by nie zmęczyły się ani elektroniką, ani kontaktem z tkanką – zwłaszcza wtedy, gdy dochodzą czynniki kosmiczne, czyli promieniowanie, próżnia, wahania temperatury i mikrograwitacja.
Elektronika przetrwała w kosmicznej próżni. Kluczowy test dla neuronowych implantów
Cały eksperyment przeprowadzono na dedykowanej platformie badawczej, wystrzelonej w grudniu zeszłego roku. System testowano w środowisku symulującym płyny ustrojowe, aby odtworzyć warunki panujące wewnątrz ludzkiego ciała. Okazało się, że wrażliwa elektronika neuronowa nie uległa degradacji i nie doszło do zwarć pomimo działania próżni, promieniowania oraz mikrograwitacji. Co istotne, system bezproblemowo rejestrował sygnały EEG w tych ekstremalnych warunkach, co stanowiło kluczowe wyzwanie technologiczne.
Tradycyjne, metalowe elektrody po prostu w takich okolicznościach zawodzą. Są podatne na korozję, tracą elastyczność, a ich sztywna konstrukcja może nawet uszkadzać delikatną tkankę mózgową. Zespół z Northwestern Polytechnical University, kierowany przez profesorów Chang Honglonga i Ji Bowena, poszedł zupełnie inną drogą. Opracował elastyczną matrycę elektrod, która dopasowuje się do naturalnych kształtów mózgu, zapewniając stabilny kontakt bez ryzyka uszkodzeń.
Skalę postępu widać w wynikach testów na zwierzętach. Nowa elektroda okazała się kilkaset razy bardziej stabilna pod względem jakości sygnału niż standardowe metalowe rozwiązania. Ten sam system umożliwia też bezpieczną, długoterminową stymulację neuronów i pozostaje w pełni funkcjonalny nawet w aparatach MRI o ultrawysokim polu magnetycznym. To osiągnięcie zostało docenione nagrodą Outstanding Student Paper Presentation Award na 39. Międzynarodowej Konferencji Systemów Mikroelektromechanicznych.
Dlaczego to takie ważne dla przyszłości kosmicznych podróży?
Wpływ mikrograwitacji na ludzki mózg wciąż nie jest do końca poznany. Astronauci wracający z długich misji na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej często zgłaszają problemy ze wzrokiem, równowagą czy sprawnością umysłową. Dotychczas nie było narzędzi, które pozwalałyby na monitorowanie aktywności neuronowej w czasie rzeczywistym, podczas faktycznego pobytu na orbicie.
Technologia interfejsu mózg-komputer może to zmienić. Pozwoliłaby śledzić, jak mózg astronauty adaptuje się do warunków kosmicznych, wychwytywać potencjalne problemy zdrowotne na wczesnym etapie oraz oceniać skuteczność ewentualnych terapii. Dla przyszłych wieloletnich misji, takich jak wyprawa na Marsa, która może potrwać około trzech lat, taka możliwość monitorowania byłaby nie do przecenienia dla bezpieczeństwa całej załogi.
Dlaczego to takie ważne dla przyszłości kosmicznych podróży?
Chińskie władze wyraźnie dostrzegły potencjał tej dziedziny. Interfejsy mózg-komputer znalazły się wśród sześciu kluczowych branż przyszłości i zostały wpisane do 15. Planu Pięcioletniego. Rząd w Pekinie postawił sobie konkretne cele: wdrożenie technologii w sektorze opieki zdrowotnej i produkcji do 2027 roku oraz stworzenie wiodącego na świecie ekosystemu przemysłowego do 2030 roku. Plany są ambitne, a ich realizacja będzie wymagała pokonania wielu wyzwań, nie tylko technicznych.
Możliwości zastosowania tej technologii sięgają jednak znacznie dalej niż tylko kosmiczna eksploracja. Ta sama elektronika, która ma chronić zdrowie astronautów, może zrewolucjonizować neurologię i neurorehabilitację na Ziemi. Pacjenci po udarach, osoby z chorobą Parkinsona czy z uszkodzeniami rdzenia kręgowego mogliby skorzystać z precyzyjnego monitorowania i ukierunkowanej stymulacji mózgu.
Elastyczne elektrody rozwiązują przy okazji problem długoterminowej degradacji, typowy dla obecnie stosowanych, sztywnych implantów. Te tradycyjne rozwiązania często po kilku latach wymagają wymiany, co wiąże się z kolejnymi operacjami. System opracowany przez chiński zespół ma potencjał, by działać bezpiecznie i stabilnie przez znacznie dłuższy okres, co otwiera drogę do trwałych terapii.
Test na orbicie był dowodem na to, że technologia jest gotowa na ekstremalne warunki. To dopiero pierwszy, ale niezwykle ważny krok w kierunku systemów, które będą mogły towarzyszyć ludziom podczas wieloletnich podróży międzyplanetarnych. Kiedy pierwsza załoga w końcu wyruszy na Marsa, bardzo prawdopodobne, że na pokładzie znajdą się urządzenia oparte na rozwiązaniach przetestowanych właśnie na ziemskiej orbicie. Postęp jest wyraźny, choć do pełnego, bezpiecznego wdrożenia droga wciąż daleka.
Jeśli takie układy faktycznie przechodzą próbę kosmiczną bez kaprysów elektroniki i bez utraty jakości sygnału, to jest to jeden z tych małych kroków, które po latach mogą okazać się fundamentem dużych misji. W podróżach międzyplanetarnych wygrywa nie najbardziej futurystyczny gadżet, tylko sprzęt, który po prostu działa wtedy, kiedy ma działać.