Vědci demonstrovají flexibilní mozkové rozhraní

Nový projekt vedený týmem výzkumníků ukázal, jak lze do mozku implantovat ultratenké, flexibilní neuronové rozhraní. Rozhraní se skládá z tisíců elektrod a může vydržet déle než šest let.

Výsledky byly zveřejněny minulý měsíc v časopise Science Translational Medicine. Tým výzkumníků zahrnuje Jonathana Viventiho, asistenta profesora biomedicínského inženýrství na Duke University; Johna Rogerse, profesora materiálového inženýrství, biomedicínského inženýrství a neurochirurgie na Northwestern University; a Bijana Pesara, profesora neurovědy na NYU.

Výzvy související s senzory v mozku

Viventi hovořil o obtížích spojených s tím, aby senzory fungovaly v mozku.

“Pokoušet se dostat tyto senzory do mozku je jako hodit váš skládací, flexibilní smartphone do oceánu a očekávat, že bude fungovat po dobu 70 let,” řekl Viventi. “Kromě toho vyrábíme zařízení, která jsou mnohem tenčí a flexibilnější než současné telefony na trhu. To je výzva.”

Existuje mnoho obtížných výzev spojených s introdukcí cizích objektů do mozku. Musí být schopny existovat v korozivním, slaném prostředí a okolní tkáně a imunitní systém napadají objekt.

Obtížnost se ještě zvyšuje, když mluvíme o elektrických zařízeních. Většina dlouhodobě implantovatelných zařízení je hermeticky uzavřena laserem svařeným titanovým pouzdrem.

“Stavba vodotěsných, masivních pouzder pro takové typy implantátů představuje jeden stupeň inženýrské výzvy,” řekl Rogers. “Zde hlásíme úspěšný vývoj materiálů, které poskytují podobné úrovně izolace, ale s tenkými, flexibilními membránami, které jsou stokrát tenčí než list papíru.”

Vzhledem k uspořádání lidského mozku jsou prostor a flexibilita extrémně důležité. Lidský mozek se skládá z desítek miliard neuronů, ale stávající neuronové rozhraní mohou vzorkovat pouze kolem sta míst. Tato konkrétní výzva vedla tým výzkumníků k vývoji nových přístupů.

“Musíte přesunout elektroniku k senzorům samotným a vyvinout místní inteligenci, která může zpracovat několik příchozích signálů,” řekl Viventi. “To je, jak fungují digitální kamery. Můžete mít desítky milionů pixelů bez desítek milionů vodičů, protože mnoho pixelů sdílí stejné datové kanály.”

Výzkumníci byli schopni vyvinout flexibilní neuronová zařízení, která jsou 25 mikrometrů tlustá, skládající se z 360 elektrod.

“Zkusili jsme spoustu strategií předtím. Nanášení polymerů tak tenkých, jak je vyžadováno, vedlo k defektům, které způsobily jejich selhání, a tlustší polymery neměly flexibilitu, která byla vyžadována,” řekl Viventi. “Ale nakonec jsme našli strategii, která všechny ostatní překonává a nyní jsme ji učinili funkční v mozku.”

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

VRstva křemíku a kyslíku

Článek demonstruje, jak vrstva křemíku a kyslíku tenčí než jeden mikrometr, která je tepelně vyvinuta, může pomoci zklidnit prostředí uvnitř mozku. Rychlost degradace je 0,46 nanometrů za den, ale malé množství se může rozpouštět v těle bez vytváření problémů.

Výzkumníci také demonstrovali, jak elektrody v zařízení mohou používat kapacitní snímání k detekci neuronové aktivity.

Nové vývoj je pouze jedním z počátečních kroků k dalšímu rozvoji této technologie. Tým nyní pracuje na zvýšení prototypu z 1 000 elektrod na více než 65 000.

“Jedním z našich cílů je vytvořit nový typ vizuálního protetického zařízení, které interaguje přímo s mozkem a může obnovit alespoň část zrakové kapacity pro lidi s poškozenými optickými nervy,” řekl Viventi. “Ale můžeme také použít tato zařízení k ovládání jiných typů protetických zařízení nebo v širokém spektru neurovědních výzkumných projektů.”