SWANS передала простые команды между имплантами через ткани тела

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали систему SWANS, которая связывает миниатюрные импланты с помощью электрических импульсов, проходящих через ткани тела. Как 30 сентября сообщила Ars Technica со ссылкой на исследование в Science, технологию проверили на куриной и свиной ткани, а также на живых крысах.

В экспериментах система различала простые команды по напряжению и продолжительности импульса. У крыс она связывала датчики движения со стимуляторами нервов и передавала сигнал от температурного датчика другому импланту при превышении 40 °C. Испытаний на людях не проводили.

Как импланты распознают предназначенную им команду

SWANS состоит из носимого управляющего модуля, пластины с микроиглами и нескольких имплантов, которые можно вводить иглой. Носимый модуль формирует импульсы напряжением до 12 В. Микроиглы проводят их сквозь наружный слой кожи, который плохо пропускает ток.

Далее сигнал распространяется по ионно-проводящим тканям в виде кратковременного электрического поля. Его могут принять все импланты в зоне действия, однако срабатывают только устройства с подходящими электрическими порогами.

Порог задают простыми компонентами. Резистор определяет, какое напряжение потребуется для включения транзистора, а конденсатор — как долго должен продолжаться импульс. Комбинация амплитуды и длительности становится адресом конкретного импланта или группы устройств. Поскольку во время ожидания используются пассивные компоненты, импланту почти не нужно расходовать энергию на постоянное прослушивание канала.

Представим три импланта с разными настройками. Короткий импульс может включить только первый, более продолжительный — второй, а достаточно сильный и длинный — третий. Это условная иллюстрация принципа, а не описание отдельного опыта и не обещание клинического результата.

Что показали эксперименты

На свиной грудинке с кожей и костями импульс напряжением 10 В создавал обнаружимый градиент на расстоянии более 30 см и на глубине до 14 см. У живых крыс команды достигали устройств под кожей, в брюшной полости и в желудке.

В одном опыте датчики на передних конечностях регистрировали движение. После этого управляющий модуль посылал соответствующий импульс, а имплант возле седалищного нерва нужной задней конечности вызывал ее сокращение. В другом опыте устройство с температурным датчиком передавало команду второму импланту после регистрации температуры выше 40 °C.

Почему система пока не готова для людей

• Низкая пропускная способность. SWANS предназначена для отдельных показаний и команд, а не для передачи больших массивов данных. Численное значение скорости в сообщении об исследовании не приведено.
• Индивидуальная настройка. Порог напряжения зависит от тела и расположения импланта. Это усложняет стандартизацию и требует настройки для конкретных условий.
• Реакция тканей. За два месяца вокруг имплантов у крыс сформировалась рубцовая ткань толщиной до 1 мм. Чтобы сохранить связь, исследователи повышали напряжение в пределах, которые считали безопасными.
• Короткий срок наблюдения. Двух месяцев недостаточно, чтобы судить о многолетней стабильности имплантов и последствиях постоянной передачи сигналов.
• Нет клинических испытаний. Результаты получены на лабораторных тканях и крысах. Завершенные исследования на крупных животных и испытания на людях не описаны; упоминались только предварительные данные по крупным животным.

В опытах на крысах импульсы не изменяли электрическую активность сердца, не вызывали непредусмотренной стимуляции других нервов и не увеличивали гибель клеток или окислительный стресс по сравнению с контрольными иглами и имплантами без подачи тока. Эти наблюдения относятся только к использованной животной модели и двухмесячному периоду, поэтому не подтверждают безопасность технологии для человека.

При подготовке научной статьи такие результаты следует отделять от клинических выводов: работоспособность прототипа на животных еще не показывает, как устройство поведет себя в организме человека при длительном использовании.