A felső sorban az eredeti kép, az alsóban amit a cicák láttak © MindPixel.com

Az agy és a tudat tudományával foglalkozó MindPixel nevű blogon a chilei Chris McKinstry rendszeresen szemlézi a tudományos folyóiratokat. Ő elevenített fel egy a Journal of Neuroscience-ben 1999. szeptember 15-én megjelent kísérletet, amelynek során a Harvard egyetem Mérnöki és Alkalmazott Tudományokkal foglalkozó tanszékének biomérnöke, Garret B. Stanley megtalálta a módját, hogy kísérleti macskák agyára rácsatlakozva kinyerje az ott létrejövő vizuális információt.

Stanley és csapata 177 agyi sejt által kibocsátott jelet rögzítettek, miközben a kísérleti macskáknak 16 másodpercnyi, 64x64 pixel felbontású kül-, és beltéri videofelvételeket vetítettek. A kutatók egy egyszerű matematikai módszer segítségével dekódolták és képi információvá alakították az idegeken végigfutó elektromos impulzusokat. Bár egyelőre a rekonstruált víziók csupán fekete-fehérek, s felbontásuk sem tökéletes, ennek ellenére meglepően hasonlítanak az eredeti képi információkra. A kísérlet során nem tudták valós időben rögzíteni a látottakat, ugyanis egyelőre csupán 10-10 neuronból voltak képesek kiszűrni a jeleket, ezért többször kellett ugyanazokat a felvételeket levetíteni.

Az összehasonlított filmkockák között átlagosan 31,1 milliszekundum telt el, a felső sorban az eredeti, a macskák számára levetített képsorok láthatóak, alul pedig az agyterületükről kinyert információból rekonstruált látvány. A hasonlóság szembetűnő, még akkor is, ha egyelőre csupán meglehetősen nyers formában sikerült „újra látni” amit a macskák érzékeltek.

Stanley felfedezésével számos tudományágat – akár a filozófiát is – megreformálhatja, s minden bizonnyal még ebben az évszázadban megjelennek az emberi tudatot a gépekkel közvetlenül összekapcsoló interfészek, amelyek a cyberpunk szubkultúrában William Gibson írásaiban jelentek meg először.

McKinstry a macskák kapcsán felidézi a Journal of Nanoparticle Research 2005. június 5-i számában megjelent cikket is, amelyben beszámolnak a nanovezetékek alkalmazásának lehetőségeiről. Az emberi hajnál százszor vékonyabb platina nanodrótokat egy amerikai és japán kutatókból álló csapat szerint a már meglévő technológiákkal előállíthatóak olyan mikroszkopikus vezetékek, amelyek a legvékonyabb hajszálerekbe is kényelmesen beférnek. Ezen nanoeszközök segítségével akár az ember teljes keringési rendszere bedrótozható lenne, anélkül, hogy problémát okozna a vérkeringésben, illetve a különféle tápanyagok és gázok érfalon keresztül történő cseréjében. Ennek segítségével pedig akár az egyes agysejtek működését is figyelemmel lehetne kísérni, illetve a különböző idegrendszeri betegségek – pl. a Parkinson-kór – kezelésére is új módszereket kínálna. A fentiekben vázolt videórögzítést is jóval egyszerűbben lehetne megoldani, arról nem beszélve, hogy mivel kétirányú jelforgalmat is lehetővé tesznek a nanodrótok, hosszútávon akár a cyberpunk világából megismert agy-számítógép csatlakozás is megvalósulhat.

A kutatók a kezdeti kísérleti fázisban először szövetminták keringési rendszerén keresztül vezették a platina nanodrótokat, majd sikerrel használták a miniatűr hálózatot arra, hogy a véredényekhez közel eső egyes neuronok aktivitását.

„A nanotechnológia az egyik legfényesebben ragyogó csillag lehet az orvoslás és egyéb tudományok terén” – nyilatkozta a JNR-nek Mike Roco, a kísérletet támogató amerikai National Science Foundation fő nanotechnológiai tanácsadója.

A katéteres vizsgálatokat ma már rutinszerűen végzik az orvosok, hogy megfigyeljék a test egyes részeiben zajló folyamatokat. Különösen gyakran használják ezt a módszert a szív vérellátásának tanulmányozására. A kutatók víziója szerint hasonló elven alapul a nanodrótozás is, ugyanis miniatűr katéterekben egész csokornyi minivezetéket lehetne eljuttatni a test egyes pontjaira. A helyükre került drótok ezután rögzíthetik a neuronok, idegsejtek elektromos impulzusait, amelyből rekonstruálható az egyes szervek, agyterületek pontos működése.

Ha az elméletet a gyakorlatban is igazolni tudják, számtalan lehetőség nyílna meg az agyi funkciókat vizsgáló szakemberek előtt. A jelenleg használt metódusok, mint a pozitronemissziós tomográfia (PET), illetve a funkcionális mágneses rezonanciás képalkotó vizsgálat (fMRI) sok értékes információt szolgáltattak az egyes idegi folyamatok, például a vizuális, vagy nyelvi információk feldolgozásáról. Azonban az összkép még mindig meglehetősen homályos. Az egyes idegsejtek szintjén történő információrögzítés azonban számtalan kérdésre adhatna választ.

„Ha sikerrel járunk, lehetőségünk nyílik arra, hogy akár az idegsejtek kölcsönhatásainak feltérképezésével tárjuk fel az agyműködést egy olyan nanoszonda segítségével, amely nem igényel drasztikus külső beavatkozást, s akár olyan szerkezettel is elkészíthető lenne, amely idővel lebomlik a szervezeten belül” – magyarázta Roco. „Az etikai kérdéseket szem előtt tartva ez a kutatás eleddig elképzelhetetlen kapuit nyithatja meg, amelynek eredményeként egy sor új terápia, egy sor eddig gyógyíthatalan, kezelhetetlen betegség ellenszere születhet meg. Ez a lehetőség pedig csupán a jéghegy csúcsa a nanoméretű berendezések és összetett nanorendszerek terén.”

Ez a gondolat nem csupán optimista nagyzolás, ugyanis a fent vázolt nanodrótos technológiával az orvosok tökéletes pontossággal lokalizálhatnak belső sérüléseket, vérzéseket, akár agyvérzés esetén is, tumorokat, s további agyi rendellenességeket. A kísérleti csoportot vezető Rodolfo R. Llinás szerint a nanovezetékeken akár kétirányú impulzus-, vagy adatforgalom is elképzelhető, ez pedig reménysugár lehet a Parkinson-kór kezelése terén. A jelenlegi gyakorlat során ugyanis a koponyán keresztül juttatnak drótokat az agyba, hogy a kór által érintett agyi területeket elektromosan stimulálják. Ez azonban az agyszövet sérülését okozhatja, szemben az agyi hajszálereken át a megfelelő részre eljuttatott nanodrótokkal.

Az első nagy kihívást az jelenti, hogy a hajszálerek ezreinek erdejében is a megfelelő helyre tudják navigálni a nanovezetékeket. A kutatók szerint ígéretes megoldás lehet a platina nanodrótokat speciális polimerekre cserélni, amelyek nemcsak az elektromos impulzusokat vezetik, de megfelelő elektromos mező használatával az alakjukat is változtatni tudják, így pedig már irányíthatóak a testen belül. Nem mellékes, hogy ez utóbbiak még a fenti kísérlet során alkalmazott platina drótoknál is 20-30-szor vékonyabbak, s biológiailag lebomlóak is lehetnek, s ezen tulajdonságuk alkalmassá teszi őket rövidtávú agyi implantátumok elkészítésére.

„Ezek az új generációs anyagok vonzó segédeszközöket jelentenek a nanotudmány számára” – nyilatkozta a JNR-nek Patrick A. Antequil, az MIT munkatársa. „A nagyfokú szabadság, amelyet kínálnak, széleskörű felhasználást tesz lehetővé.”