باحثون يثبتون واجهات دماغ مرنة

قاد فريق من الباحثين مشروعًا جديدًا يُظهر كيف يمكن импلنت واجهة عصبية مرنة رقيقة جدًا في الدماغ. تتكون الواجهة من آلاف الأقطاب ويمكن أن تدوم أكثر من ست سنوات.

نُشرت النتائج الشهر الماضي في مجلة Science Translational Medicine. يتضمن فريق الباحثين جوناثان فيفنتي، أستاذ مساعد في الهندسة الحيوية في جامعة ديوك؛ جون روجرز، أستاذ لويس سيمبسون وكيمبرلي كويري في العلوم المواد والهندسة الحيوية والجراحة العصبية في جامعة نورث وسترن؛ وبجан بيساران، أستاذ العلوم العصبية في جامعة نيويورك.

تحديات تحيط بمستشعرات الدماغ

تحدث فيفنتي عن صعوبة جعل المستشعرات تعمل في الدماغ.

“محاولة جعل هذه المستشعرات تعمل في الدماغ مثل رمي هاتفك القابل للطي والمرن في المحيط وتوقع أن يعمل لمدة 70 عامًا”، قال فيفنتي. “ماعدا أننا نصنع أجهزة أرق وأكثر مرونة من الهواتف الحالية في السوق. هذا هو التحدي”.

هناك تحديات صعبة عند إدخال أشياء غريبة في الدماغ. يجب أن تكون قادرة على الوجود في بيئة ملحية ومصاحبة للأنسجة والنظام المناعي يهاجم الكائن.

تزداد الصعوبة أكثر عند الحديث عن الأجهزة الكهربائية. معظم الأجهزة القابلة للزرع على المدى الطويل محكمة بخزانات تيتانيوم ملحومة بالليزر.

“بناء غرف محكمة للماء للمحتوى مثل هذه الزراعات يمثل تحديًا هندسيًا واحدًا”، قال روجرز. “نحن نبلغ هنا عن تطوير مواد توفر مستويات منعزلة مماثلة، ولكن مع أغشية رقيقة ومرنة أرق من ورقة الورق بمئة مرة”.

بسبب تخطيط الدماغ البشري، فإن المساحة والمرونة مهمة جدًا. يتكون الدماغ البشري من عشرات مليارات العصبونات، ولكن الواجهات العصبية الحالية يمكنها فقط أخذ عينة من مائة موقع. هذا التحدي المحدد أدى فريق الباحثين إلى تطوير مناهج جديدة.

“تحتاج إلى نقل الإلكترونيات إلى المستشعرات نفسها وتطوير ذكاء محلي يمكنه التعامل مع إشارات متعددة قادمة”، قال فيفنتي. “هذا هو كيف تعمل الكاميرات الرقمية. يمكنك أن يكون لديك عشرات الملايين من البكسل دون عشرات الملايين من الأسلاك لأن العديد من البكسل يشاركون نفس قنوات البيانات”.

تمكن الباحثون من ابتكار أجهزة عصبية مرنة بسُمك 25 ميكرومتر، تتكون من 360 قطب.

“لقد حاولنا العديد من الاستراتيجيات من قبل. إيداع البوليمرات رقيقة كما هو مطلوب أدى إلى عيوب تسببت في فشلها، والبوليمرات السميكة لم تكن مرنة كما هو مطلوب”، قال فيفنتي. “ولكننا وجدنا أخيرًا استراتيجية تفوقها جميعًا وقد جعلناها تعمل في الدماغ”.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=41&v=4tOP97aokOU&feature=emb_title

طبقة من ثاني أكسيد السيليكون

يُظهر البحث كيف يمكن لطبقة من ثاني أكسيد السيليكون أقل من ميكرومتر واحد، والتي تُزرع حراريًا، أن تساعد في تهدئة البيئة داخل الدماغ. معدل التدهور هو 0.46 نانومتر في اليوم، ولكن الكميات الصغيرة يمكن أن تذوب في الجسم دون خلق أي مشاكل.

أثبت الباحثون أيضًا كيف يمكن للأقطاب داخل الجهاز استخدام الاستشعار السعة لاكتشاف النشاط العصبي.

التطورات الجديدة هي واحدة من الخطوات الأولى لتطوير هذه التكنولوجيا. يعمل الفريق الآن على زيادة البروتوتايب من 1000 قطب إلى أكثر من 65000.

“أحد أهدافنا هو إنشاء نوع جديد من البروستاتيك البصرية التي تتفاعل مباشرة مع الدماغ يمكن أن يستعيد بعض القدرة البصرية للأشخاص الذين لديهم أعصاب بصرية تالفة”، قال فيفنتي. “ولكننا يمكن أن نستخدم هذه الأنواع من الأجهزة للسيطرة على أنواع أخرى من البروستاتيك أو في مجموعة واسعة من مشاريع البحث العصبي”.