Мы – электрические. Новая наука об электроме тела

Есть второй, более элегантный подход к решению задачи: нужно скрыть электрическое устройство в чем-то, что знакомо телу. Многие исследователи пытаются подобрать материалы, которые телу будет приятно видеть в своей среде, и использовать их для маскировки кремния или металла[422]. Такой материал должен проводить электричество, не нарушая структуру мозга и не привлекая внимания клеток глии. Но какие вещества, кроме металлов, проводят электричество? Как выясняется, это могут быть искусственные полимеры.

В нашем представлении полимеры – это изоляционные материалы, и, вообще говоря, мы действительно используем их в качестве изоляторов. Но в 1977 году Алан Дж. Хигер, Алан Г. Макдермид и Хидэки Сиракава установили, что некоторые полимеры могут проводить электрический ток, и обратили внимание на синтетический полимер полиацетилен. Получив этот “проводящий пластик” с электрической активностью, напоминающей активность металлов, они совершили грандиозный научный прорыв, и в 2000 году все трое были удостоены Нобелевской премии по химии[423]. Именно благодаря им у нас теперь есть телевизоры с плоским экраном, антистатические покрытия и многие другие приятные атрибуты современной жизни. Кроме того, их открытие положило начало развитию новой области исследований, названной органической электроникой, в рамках которой с тех пор было создано еще двадцать пять типов проводящих полимеров.

Одной из важнейших задач органической электроники является преодоление извечной проблемы модуля Юнга и, соответственно, создание более гибких и пластичных электронных устройств. Некоторые органические полупроводники удовлетворяют этим критериям. В частности, полимер с характерно непроизносимым названием поли(3,4-этилендиокситиофен), который сейчас привлекает большое внимание ученых. Это соединение (сокращенное название – ПЭДОТ) демонстрирует настолько многообещающие результаты, что в 2020 году в газете Independent о нем писали следующее: “Ученые открыли потрясающий биосинтетический материал, который, по их уверениям, можно использовать для слияния искусственного интеллекта с человеческим мозгом”. “Это открытие – главный шаг на пути внедрения электроники в человеческое тело для создания “киборгов” – частично людей, частично роботов”[424].

ПЭДОТ – действительно отличный материал: гибкий, стабильный и совместимый с клетками. Но поможет ли он нам превратиться в киборгов? Кип Людвиг, скептически настроенный после многих лет работы в области промышленных исследований, высказывается по этому поводу весьма сдержанно: “Никакой революции от этого ждать не стоит”. ПЭДОТ разрешен для производства таких устройств, как катетеры, однако, как и другим полимерам, конкурирующим за открытие дверей в наше будущее киборгов, ему придется преодолеть несколько препятствий, прежде чем FDA или другие аналогичные организации разрешат встраивать его в человеческий мозг. Возможно, это самый безопасный материал среди всех, что мы создали до сих пор, и он действительно проводит электроны так же хорошо, как и жесткие металлические протезы. Но остается одна проблема: мы не говорим на языке электронов.

Трудности перевода

“Существует определенное фундаментальное несоответствие между устройствами, направляющими наши информационные процессы, и тканями нервной системы, – рассказывал Беттингер журналу The Verge в 2018 году. – Мобильные телефоны и компьютеры используют электроны и пересылают их туда-сюда в качестве базовой единицы информации. А нейроны используют ионы, такие как натрий или калий. И это важно, поскольку, если воспользоваться простой аналогией, это означает, что требуется перевод с одного языка на другой”.

“Одно из распространенных ошибочных представлений заключается в том, что с помощью электродов я подаю электрический ток, – объясняет Кип Людвиг. – В норме этого как раз не происходит”. Электроны, проходящие по платиновой или титановой проволоке к имплантату, никогда не проникают в ткани мозга. Они остаются на электроде. Но их накопление вызывает образование отрицательного заряда, и вот он-то и выбивает ионы из соседних нейронов. “Если я выбиваю из ткани достаточное количество ионов, я заставляю открываться потенциал-зависимые ионные каналы”, – продолжает Людвиг. И это приводит (хоть и не всегда) к образованию в нейроне потенциала действия. Нервы возбуждаются. И все, больше тут ничего не сделаешь[425].