Исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали новаторский метод GraMOS (Graphene-Mediated Optical Stimulation), использующий графен для стимуляции и роста нейронных органоидов. Эта технология открывает новые горизонты в понимании сознания и лечении неврологических расстройств, а также в развитии искусственного интеллекта (ИИ).
Метод GraMOS задействует уникальные оптоэлектронные свойства графена, материала толщиной в один атом, для преобразования света в слабые электрические сигналы. Эти сигналы стимулируют нейронные органоиды, способствуя их взаимодействию и коммуникации. В отличие от предыдущих методов, таких как оптогенетика, требующая генетических модификаций, или прямое электрическое воздействие, которое может повредить нежные нейроны, GraMOS является безопасным, неинвазивным и биосовместимым подходом.
Этот прорыв основан на предыдущих разработках, включая одобрение в 2024 году компанией Inbrain Neuroelectronics из Барселоны для проведения первых в мире экспериментов с графеновыми нейроимплантатами, способными одновременно «читать мысли» и лечить болезнь Паркинсона. Однако GraMOS отличается тем, что графен интегрируется непосредственно в нейронные органоиды, ускоряя их развитие без инвазивных вмешательств. Такой подход способствует более быстрому росту нейронов, что особенно ценно для изучения возрастных заболеваний в лабораторных условиях.
Елена Молоканова, генеральный директор и изобретатель GraMOS в NeurANO Bioscience, отметила: «Благодаря применению графена и света нам удалось стимулировать образование связей между нейронами и ускорить их развитие без использования стандартных оптогенетических методов. Мы создали своего рода мягкое взаимодействие, направляя нейроны к более быстрому росту, что особенно ценно при изучении возрастных заболеваний в лабораторных условиях». Исследования показали, что регулярное применение GraMOS способствует формированию более прочных связей, лучшей организации сетей и улучшению передачи сигналов между нейронами, даже в органоидах, полученных от пациентов с болезнью Альцгеймера.
Нейронные органоиды, интегрированные с графеном, приобретают чувствительность к внешним условиям и способны адаптивно реконфигурировать свои нейронные сети под воздействием световой стимуляции. Эта нейропластичность значительно превосходит возможности классических компьютерных микросхем, открывая перспективы для улучшения искусственного интеллекта и расширения его способности решать сложные, нестандартные задачи. В экспериментальных проектах специалисты соединили органоиды мозга с графеновым интерфейсом с роботизированным комплексом, оснащенным датчиками. При контакте с препятствием робот передает сигнал, инициируя стимуляцию органоида. Органоид, в свою очередь, генерирует нейронный отклик, приводя к изменению направления движения робота. Весь этот цикл занимает менее 50 миллисекунд.
«Это только начало. Комбинация универсальности графена и биологии мозговых органоидов может переосмыслить возможности нейронауки — от понимания функций мозга до создания совершенно новых технологических парадигм», — заключают исследователи. Этот прорыв демонстрирует потенциал графена в создании более совершенных интерфейсов мозг-компьютер и продвинутых систем ИИ, а также в разработке новых методов лечения нейродегенеративных заболеваний.