باحثون يثبتون واجهات دماغ مرنة

قاد مشروع جديد بقيادة فريق من الباحثين إلى إظهار كيف يمكن غرس واجهة عصبية رقيقة ومرنة في الدماغ. تتكون الواجهة من آلاف الأقطاب الكهربائية ويمكن أن تدوم أكثر من ست سنوات.

نشرت النتائج الشهر الماضي في مجلة Science Translational Medicine. يتضمن فريق الباحثين جوناثان فيفينتي، أستاذ مساعد في الهندسة الحيوية في جامعة ديوك؛ جون روجرز، أستاذ لويس سيمبسون وكمبرلي كوري في العلوم المواد والهندسة الحيوية والجراحة العصبية في جامعة نورث وسترن؛ وبijan بيساران، أستاذ العلوم العصبية في جامعة نيويورك.

التحديات المحيطة بالمستشعرات في الدماغ

تحدث فيفينتي 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 فيفينتي. “ماعدا أننا نصنع أجهزة أرق وأكثر مرونة من الهواتف الحالية في السوق. هذا هو التحدي”.

هناك العديد من التحديات الصعبة عند إدخال أشياء غريبة إلى الدماغ. يجب أن تكون قادرة على الوجود في بيئة ملحية ومسببة للتآكل، والأنسجة المحيطة بالنظام المناعي يهاجم الكائن.

تزداد الصعوبة أكثر عند الحديث عن الأجهزة الكهربائية. معظم الأجهزة القابلة للزرع لمدة طويلة محكمة الإغلاق مع غلاف تيتانيوم ملحوم بالليزر.

“بناء هياكل محكمة الإغلاق للمواد مثل هذه الطوابع يمثل تحديًا هندسيًا من نوع ما”، قال روجرز. “نحن هنا نعلن عن تطوير مواد توفر مستويات مماثلة من العزل، ولكن مع أغشية رقيقة ومرنة أرق بمئة مرة من ورقة الورق”.

بسبب تخطيط الدماغ البشري، فإن الفضاء والمرونة مهمين للغاية. يتكون الدماغ البشري من عشرات مليارات العصبونات، ولكن واجهات الأعصاب الحالية يمكنها فقط أخذ عينات من حوالي مائة موقع. وقد أدى هذا التحدي المحدد إلى قيام فريق الباحثين بتطوير مناهج جديدة.

“يجب نقل الإلكترونيات إلى المستشعرات نفسها وتطوير ذكاء محلي يمكنه التعامل مع الإشارات الواردة المتعددة”، قال فيفينتي. “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 وضع أجهزة عصبية مرنة يبلغ سمكها 25 ميكرومترًا، تتكون من 360 قطبًا كهربائيًا.

“لقد حاولنا العديد من الاستراتيجيات من قبل. ترسيب البوليمرات رقيقة كما هو مطلوب أدى إلى عيوب تسببت في فشلها، والبوليمرات السميكة لم تكن مرنة كما هو مطلوب”، قال فيفينتي. “لكننا في النهاية وجدنا استراتيجية تفوقها جميعًا وقد نجحنا في جعلها تعمل في الدماغ”.

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

طبقة من ثاني أكسيد السيليكون

يظهر البحث كيف يمكن لطبقة من ثاني أكسيد السيليكون أقل من ميكرومتر سمكًا، والتي تزرع 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 الكهربائية داخل الجهاز استخدام الاستشعار السعة لاكتشاف النشاط العصبي.

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

“أحد أهدافنا هو إنشاء نوع جديد من البروستاتا البصرية التي تتفاعل مباشرة مع الدماغ يمكن أن تعيد بعض القدرات البصرية للأشخاص الذين يعانون من أضرار في الأعصاب البصرية”، قال فيفينتي. “ولكننا يمكن أن نستخدم هذه الأنواع من الأجهزة للسيطرة على أنواع أخرى من البروستاتا أو في مجموعة واسعة من مشاريع البحث العصبية”.