Ar įmanoma, kad technologijos, kurios aprašytos toliau pateiktame straipsnyje, yra pagrindinis psichotroninio užgrobimo metodas? Šiuo metu daug rašoma apie nanoimplantus ir išmaniąsias dulkes, kaip vieną iš būdų sukurti KSS (kompiuterio smegenų sąsają). Elon Musk žada, kad šis tikslas bus pasiektas per 4 metus. Tam jis įsteigė kompaniją Neuralink https://www.theverge.com/2017/3/27/15077864/elon-musk-neuralink-brain-computer-interface-ai-cyborgs Vienas iš tikslų – telepatija, kitas – galimybė savo smegenis sujungti su dirbtiniu intelektu.
Ar negali būti, kad čia išradinėjama tai, kas slaptuose projektuose jau seniai išrasta? O sistemos troliai žiūri veršio akimis ir apsimeta durneliais.
Magneto-eletrinės nanodalelės neinvaziniam smegenų stimuliavimui
Įvadas
Biologiniuose neuronų tinkluose signalizavimas pagrįstas elektrinių krūvių kolektyvine sistema, neurotransmiteriais ir veiksmo potencialais. Galimybė iš išorės sukelti neuronų krūvių sužadinimą turint tikslą nuotoliniu būdu (neinvaziškai), dirbtinai stimuliuoti neuronų tinklą, lieka didele kliūtimi žymiam proveržiui svarbioje neuromokslo srityje bei susijusiems pritaikymams medicinoje ir neuroinžinerijoje. Neuronų tinklą galima laikyti sudėtinga elektrine grandine, sudaryta iš didelio skaičiaus neuronų, kurie sujungti sinapsėmis tarp aksonų ir dendritų. Abu tipai, žinomi kaip cheminės ir elektrinės sinapsės, perduoda informaciją tarp gretimų aksonų ir dendritų tiesiogiai arba netiesiogiai, per elektrinio lauko energiją. Atitinkamai neuronų tinklas yra jautrus išoriniams elektriniams laukams. Maža to, galimybė efektyviai kontroliuoti tinklą mikro- arba net nano- lygmenyje galėtų sudarytų sąlygas beprecedentinei svarbių smegenų funkcijų kontrolei. Kokia čia veikia fizika – vis dar atviras klausimas, nes yra daug techninių sunkumų, susijusių su tiesioginių smegenų funkcijų tyrimu. Egzistuojanti technologija paprastai naudoja tiesioginio kontakto elektrodų metodus, tokius kaip Giliųjų Smegenų Stimuliavimas (GSS), kuris yra vienas iš kelių neurochirurginių metodų, leidžiamų akliems tyrimams. Yra keli neinvaziniai metodai, tokie kaip pasikartojantis transkranialinis magnetinis stimuliavimas (pTMS) ir transkranialinis tiesioginės srovės stimuliavimas (TTSS) [3,4]. pTMS ir TTSS padarė didelius žingsnius į priekį naujausioje neinvazinio smegenų stimuliavimo srityje, tačiau gylis ir vietinis fokusavimas riboti abiejuose metoduose. pTMS atveju reikalingas didelio intensyvumo magnetinis laukas, norint stimuliuoti giliąsias smegenų sritis, tačiau šis gali sukelti nepageidaujamus šalutinius poveikius[6].
Vienas iš potencialių siūlomų sprendimų, siekiant įveikti svarbią kliūtį trukdančią neinvazinę neuronų tinklų kontrolę, yra išnaudoti naują magnetoelektrinių (ME) nanodalelių koncepciją. ME medžiagos yra multiferoidinių medžiagų pogrupis, kuris labai įdomus tyrėjų bendruomenei, nes šios medžiagos gali surišti magnetinius ir elektrinius laukus kambario temperatūroje. Kiek mums žinoma, mūsų tyrimas pirmą kartą aprašo ME nanodalelių panaudojimą smegenų stimuliavimui. Ypatingai mūsų prieiga pagrįsta ME nanodalelių naudojimu šių svarbių savybių pasiekimui, kad būtų galima neinvaziškai stebėti smegenų veiklą ir stimuliuoti.
Pirma, naudojant ME medžiagos nanodaleles per laikinai sušvirkštus skystus tirpalus, galima efektyviai surišti magnetinius ir elektrinius laukus nano- ir mikro- lygmenyje per visą smegenų tūrį. Vietoje elektrinių laukų galima naudoti distanciškai valdomus magnetinius laukus stiprių vietinių krūvių virpesių indukcijai (ME nanodalelėse), kurie gali tiesiogiai sąveikauti su neuronų tinklu, todėl jie tinka naudoti vietiniam, tiksliniam smegenų stimuliavimui. (Žr. 1 pav.) Skirtingai nei paviršiumi apriboti elektriniai laukai, kurie paprastai generuojami invaziniais kontaktiniais elektrodais, suleistų ME nanodalelių generuoti magnetiniai laukai gali neinvaziniu būdu efektyviai prasiskverbti per visas smegenis ir būti įjungti arba išjungti nuotoliniu būdu, naudojant žemos energijos išorinius magnetinių laukų šaltinius. Nanodalelės turi tenkinti tam tikrus stiprio ir magneto-elektrinio (ME) ryšio reikalavimus (apibrėžtus ME koeficiento).
Antra, magnetoelektrinės nanodalelės turi būti mažesnės negu maždaug 20 nm skersmens, kad pereitų kraujo-smegenų barjerą (KSB). Turint ME nanodaleles, kurios yra KSB apibrėžtose ribose, galima efektyviai pernešti nanodaleles į išrinktas smegenų sritis. (Yra daugybė cheminių ir fizikinių procesų, leidžiančių sintetinti tinkamų parametrų ME nanodaleles. Pavyzdžiui, jonų spindulio artuminė litografija (JSAL) yra metodas, kurį galima naudoti įvairių dydžių nanodalelių gamybai, nuo mažesnių negu 10 nm iki didesnių už 50 nm skersmens [9.10].)
Trečia, smegenų veiklos stimuliavimui bet kokiame gylyje užtenka labai žemo intensyvumo magnetinių laukų. Išorinį magnetinį lauką galima sufokusuoti į ME nanodaleles bet kurioje smegenų srityje. Išorinis magnetinis laukas ME nanodalelėse sukuria kintamas sroves, kurios susijusios su neuronų krūvių aktyvumo dažnio spektru, kuris savo ruožtu priverčia neuronų sritis generuoti panašaus dažnio veiksmo potencialus (1 pav.). Pavyzdžiui, tarus, kad ME koeficientas pakankamai didelis, reikalingą stimuliavimą galima sukelti naudojant žemos energijos magnetines rites, kaip smulkiau aprašyta toliau.
Simuliacija
Toliau aprašome modeliavimo principus, kuriuos naudojome ME nanodalelių poveikio smegenų aktyvumui modeliavimui (su jų išoriškai sužadintais elektriniais ir magnetiniais momentais). Matematinė procedūra buvo sukurta ant konvencionalaus modelio viršaus, kuris naudojamas simuliuoti elektrinių laukų dinamiką neuronų tinkle. Pavyzdžiui, žr. So ir kt. straipsnį, kuriame paaiškinti konvencionalaus modelio principai [11]. Tam, kad paaiškintume ME nanodalelių poveikį, padarėme tokias prielaidas, kurias galima pateisinti ankstyvoje tyrimų stadijoje.
Pirma, su vidutiniu ME nanodalelių skersmeniu, kuris yra žemiau 20 nm neuronų sistemoje su mažiausiu komponento dyžiu bent vieno dydžio eile aukštesniu, galime naudoti trivialų taškinio dipolio artinį, kiekvienos vietinės nanodalelės elektrinio lauko modeliavimui [12].
Antra, darome prielaidą, kad nanodalelių pasiskirstymas tiriamoje smegenų srityje yra vienodas. Ši prielaida yra pagrįsta, nes nanodalelės, dėl savo vidutinio skersmens mažiau 20 nm, patiria gana nedidelį aplinkinių audinių pasipreišinimą, todėl jų erdvinis pasiskirstymas žemiausioje būsenoje gali būti kontroliuojamas išorinio magnetinio lauko. Kiekvienos nanodalelės elekrinio dipolio momentas, P, nustatomas pagal išorinį magnetinį lauką, H, naudojant išraišką Pi = Sj aijHj, kur aij yra 1-os eilės magnetoelektrinio (ME) tenzoriaus koeficientas. Todėl tarus, kad izotropinė matrica (su identiškais įstrižais koeficientais ir nuliniais neįstrižais koeficientais) su įprastine aii verte 100 V cm21 Oe21 ir vietiniu 300 Oe magnetiniu lauku, poliarizacijos momentas nanodalelės vietoje būtų 30 kV cm21. Esant tokiems parametrams, ME nanodalelelių paskirtis yra funkcionuoti kaip papildomų elektrinių laukų giliai smegenyse šaltiniui, dėl nenulinės ME konstantos. Nanodaleles galima laikyti tiksliai valdomais gilųjų smegenų vietinio stimuliavimo jungikliais, kuriuos galima panaudoti tikslioms (nanodydžio lokalizacijų) ir didelio pralaidumo neinvazinėms medicininėms procedūroms. Norint dirbtinai sukelti (pastimuliuoti) elektrinius impuslus tiriamoje smegenų srityje, su tikslu užkirsti kelią arba kompensuoti ligos sukeltiems sutrikimams arba spragoms periodinėje elektrinių signalų grandinėje neurosistemos dalyse, kuriose yra nanodalelių, reikia pritaikyti tinkamo dažnio kintamus magnetinius laukus kaip paaiškinta toliau.
Rezultatai ir diskusija
Šiame tyrime apskaičiavome sutampančius dažnius ir ME dalelių koncentracijas, reikalingas normalizuoti elektrinių impulsų serijas keturiose smegenų srityse, naudojant pavyzdinį pacientą su Parkinsono liga. Keturios sritys (i) gumburas, (ii) pogumburio branduolys (PGB), (iii) blyškusis kūnas (BK), ir (iv) vidurinysis blyškusis kūnas (VBK) yra ypač svarbios skirtingų Parkinsoso ligos stadijų supratimui.
2 pav. iliustruoja tipiškas periodines impulsų laiko sekas keturiose smegenų dalyse normaliomis sąlygomis sveikame žmoguje. Galima pastebėti, kad visi elektrinio lauko impulsai gana periodiški ir vienodos amplitudės. Jokių spragų periodinėse sekose nenustatyta.
Palyginimui, 3 pav. iliustruoja tipiškus paciento sergančio Parkinsono liga tų pačių keturių smegenų dalių signalus. Didžiausias skirtumas nuo sveiko žmogaus yra ryškių spragų atsiradimas periodinėse impulsų sekose gumburo srityje. Taip pat sutrikęs impulsų periodiškumas kitose srityse .
Mes studijavome sušvirkštų ME nanodalelių (tirpaluose) poveikį (suprastėjusio elektrinio lauko impulsų atstatymui) skirtingomis koncentracijomis ir stimuliavimo dažniu (sužadinto išorinio kintamos srovės 300-Oe magnetinio lauko šaltinio). Buvo pasirinkta 300 Oe lauko amplitudė dėl poreikio išlaikyti nedidelių energijos sąnaudų procedūrą, tuo pačiu laikant ME nanodaleles prisotintas poveikio metu. Skysti nanodalelių koncentratų tirpalai buvo keičiami nuo 0 iki 107 dalelių/cc, o dažnis buvo keičiamas dominančiame ruože, t.y., nuo 0 iki daugiau nei 1 kHz. Modeliavimo parametrų ribose, optimalios dalelių koncentracijos ir magentinio lauko sužadinimo dažnio vertės buvo nustatytos 36106 dalelių/cc ir 80 Hz atitinkamai.
4 pav. iliustruoja keturias tiriamas impulsų sekas, kurios buvo nustatytos dėka procedūrų su optimizuotais stimuliavimo parametrais. Galima pastebėti, kad labiausiai pažeisti signalai gumburo srityje procedūros metu visiškai atsistatė. Taip pat iš dalies atsistatė kitų trijų sričių periodiškumas. Palyginimui, ME nanodalelių stimuliavimas gerokai lenkia invazinio GSS elektrinio stimuliavimo procedūrą.
„Atstatyti“ signalai keturiose smegenų srityse GSS procedūros metu parodyti 5 pav. Šiuo atveju, ne tik nebuvo atstatytas periodiškumas, bet ir pablogėjo PGB srities signalo amplitudė lyginant su normaliu veikimu.
Išvados
Apibendrinant, sumodeliavome magnetoelektrinių nanodalelių poveikį neinvaziniam paciento su Parkinsono liga smegenų stimuliavimui. Naudojant optimizuotas 20-nm nanodalelių concentrato vertes (su magnetoelektriniu (ME) koeficientu 100 V cm21 Oe21 skystame tirpale) 36106 dalelių/cc ir išoriškai pritaikyto 300 Oe 80 Hz magnetinio lauko sužadinimo dažniu, elektrinio lauko impulsų sekos buvo sugrąžintos į tą lygį, koks būna sveikų žmonių. Preliminarūs šio tyrimo rezultatai leidžia daryti išvadą, kad naudojant ME nanodaleles galima sukurti nanotechnologijas, kurios nuties kelią mūsų geresniam biologinių neuroninių tinklų supratimui ir naujų nanomedicininių metodų sukūrimui neinvaziškai stebėti, užkirsti kelią ir gydyti smegenų ir kitų nervų sistemų ligas.
Filognozijos pradinė mokykla 