Výzkumníci demonstrovají flexibilní mozkové rozhraní

Nový projekt vedený týmem výzkumníků demonstroval, 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 Pesaraana, profesora neurovědy na NYU. 

Výzvy spojené se senzory v mozku

Viventi hovořil o obtížích spojených se zapojením senzorů do mozku. 

“Pokusit se zapojit tyto senzory do mozku je jako hodit váš skládací, flexibilní smartphone do oceánu a očekávat, že bude fungovat 70 let,” řekl Viventi. “Kromě toho vytváříme 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 svařenými titanovými pouzdry. 

“Vytvoření 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 více 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 vytvořit 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 je způsobily selhání, a tlustší polymery neměly požadovanou flexibilitu,” řekl Viventi. “Ale nakonec jsme našli strategii, která je všechny překoná a nyní jsme ji učinili funkční v mozku.”

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

VRstva křemíku

Článek demonstruje, jak vrstva křemíku méně než jeden mikrometr tlustá, která je tepelně narostlá, může pomoci uklidnit prostředí v mozku. Rychlost degradace je 0,46 nanometrů za den, ale malé množství mohou být rozpuštěny v těle bez vytváření jakýchkoli problémů. 

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

Nový 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.”