Investigadores demuestran interfaces cerebrales flexibles

Un nuevo proyecto liderado por un equipo de investigadores ha demostrado cómo una interfaz neural ultradelgada y flexible puede ser implantada en el cerebro. La interfaz consiste en miles de electrodos y puede durar más de seis años.

Los resultados se publicaron el mes pasado en la revista Science Translational Medicine. El equipo de investigadores incluye a Jonathan Viventi, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Duke; John Rogers, el profesor Louis Simpson y Kimberly Querrey de Ciencia de Materiales y Ingeniería, Ingeniería Biomédica y Cirugía Neurológica en la Universidad Northwestern; y Bijan Pesaran, profesor de ciencia neural en NYU.

Desafíos que rodean los sensores en el cerebro

Viventi habló sobre la dificultad de hacer que los sensores funcionen en el cerebro.

“Intentar hacer que estos sensores funcionen en el cerebro es como tirar tu teléfono flexible plegable al océano y esperar que funcione durante 70 años”, dijo Viventi. “Excepto que estamos haciendo dispositivos que son mucho más delgados y más flexibles que los teléfonos que hay actualmente en el mercado. Ese es el desafío”.

Hay muchos desafíos difíciles cuando se trata de introducir objetos extraños en el cerebro. Tienen que ser capaces de existir en un entorno corrosivo y salado, y los tejidos circundantes y el sistema inmunológico atacan el objeto.

La dificultad aumenta aún más cuando se habla de dispositivos eléctricos. La mayoría de los dispositivos implantables a largo plazo están sellados herméticamente con cajas de titanio soldadas por láser.

“Construir recintos bulk impermeables para este tipo de implantes representa un nivel de desafío de ingeniería”, dijo Rogers. “Estamos informando aquí el desarrollo exitoso de materiales que proporcionan niveles similares de aislamiento, pero con membranas delgadas y flexibles que son cien veces más delgadas que una hoja de papel”.

Debido al diseño del cerebro humano, el espacio y la flexibilidad son extremadamente importantes. El cerebro humano consiste en decenas de miles de millones de neuronas, pero las interfaces neurales existentes solo pueden muestrear alrededor de cien sitios. Este desafío específico ha llevado al equipo de investigadores a desarrollar nuevos enfoques.

“Necesitas mover la electrónica a los sensores en sí y desarrollar inteligencia local que pueda manejar múltiples señales de entrada”, dijo Viventi. “Así es como funcionan las cámaras digitales. Puedes tener decenas de millones de píxeles sin decenas de millones de cables porque muchos píxeles comparten los mismos canales de datos”.

Los investigadores pudieron crear dispositivos neurales flexibles que son de 25 micrómetros de grosor, que consisten en 360 electrodos.

“Intentamos un montón de estrategias antes. Depositar polímeros tan delgados como se requiere resultó en defectos que los hicieron fallar, y los polímeros más gruesos no tenían la flexibilidad que se requería”, dijo Viventi. “Pero finalmente encontramos una estrategia que los supera a todos y ahora lo hemos hecho funcionar en el cerebro”.

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Capa de dióxido de silicio

El artículo demuestra cómo una capa de dióxido de silicio menos de un micrómetro de grosor, que se cultiva térmicamente, puede ayudar a domar el entorno dentro del cerebro. La tasa de degradación es de 0,46 nanómetros por día, pero las pequeñas cantidades pueden disolverse en el cuerpo sin crear problemas.

Los investigadores también demostraron cómo los electrodos dentro del dispositivo pueden utilizar la detección capacitiva para detectar la actividad neural.

Los nuevos desarrollos son solo uno de los primeros pasos para avanzar en esta tecnología. El equipo ahora está trabajando en aumentar el prototipo de 1.000 electrodos a más de 65.000.

“Uno de nuestros objetivos es crear un nuevo tipo de prótesis visual que interactúe directamente con el cerebro que pueda restaurar al menos alguna capacidad de visión para personas con nervios ópticos dañados”, dijo Viventi. “Pero también podemos usar estos tipos de dispositivos para controlar otros tipos de prótesis o en una amplia gama de proyectos de investigación de neurociencia”.