Tutkijat osoittavat joustavan aivoliitännän

Uusi projekti, jota johtaa tutkijaryhmä, on osoittanut, miten ohut ja joustava hermostoliittymä voidaan istuttaa aivoihin. Liittymä koostuu tuhansista elektrodeista ja kestää yli kuusi vuotta.

Tulokset julkaistiin viime kuussa Science Translational Medicine -tiedelehdessä. Tutkijaryhmään kuuluvat Jonathan Viventi, Duke Universityn apulaisprofessori biolääketieteellisessä insinööritieteessä, John Rogers, Northwestern Universityn Louis Simpsonin ja Kimberly Querreyin professori materiaalitieteessä, biolääketieteellisessä insinööritieteessä ja neurologisessa kirurgiassa, ja Bijan Pesaran, NYU:n professori hermostotieteessä.

Aivossa olevien antureiden haasteet

Viventi puhui antureiden toimimisen vaikeudesta aivoissa.

“Yrittää saada nämä anturit toimimaan aivoissa on kuin heittäminen taitettava, joustava puhelin meressä ja odottaminen, että se toimii 70 vuotta”, sanoi Viventi. “Paitsi me teemme laitteita, jotka ovat paljon ohuemmat ja joustavampia kuin markkinoilla olevat puhelimet. Se on haaste.”

On paljon haasteita, kun on kyse vieraiden esineiden sisääntulosta aivoihin. Ne on oltava kykeneviä olemaan korroosivassa, suolaisessa ympäristössä, ja ympäröivät kudokset ja immuunijärjestelmä hyökkäävät esinettä vastaan.

Vaikeus kasvaa entisestään, kun puhutaan sähköisistä laitteista. Useimmat pitkäaikaiset istutettavat laitteet ovat hermeettisesti suljettuina laserhitsatulla titaanikuorilla.

“Rakentaminen vedenpitäviä, massiivisia kuoria tällaisille implanteille edustaa yhtä insinööritieteellistä haastetta”, sanoi Rogers. “Me ilmoitamme tässä onnistuneesta materiaalien kehittämisestä, jotka tarjoavat samat tasot eristystä, mutta ohuilla, joustavilla kalvoilla, jotka ovat sata kertaa ohuemmat kuin paperinarkki.”

Ihmisaivojen rakenteen vuoksi, tila ja joustavuus ovat erittäin tärkeitä. Ihmisaivot koostuvat kymmenistä miljardeista hermosoluja, mutta olemassa olevat hermostoliitännät voivat vain näytellä noin sata kohtaa. Tämä tietty haaste on johtanut tutkijaryhmän kehittämään uusia lähestymistapoja.

“Tarvitset siirtää elektroniikkaa itse antureihin ja kehittää paikallista älykkyyttä, joka voi käsitellä useita saapuvia signaaleja”, sanoi Viventi. “Tämä on, miten digitaalikamerat toimivat. Voit käyttää kymmeniä miljoonia pikseleitä ilman, että sinulla on kymmeniä miljoonia johtoja, koska monet pikselit jakavat samat datakanavat.”

Tutkijat pystyivät kehittämään joustavia hermostolaitteita, jotka ovat 25 mikrometrin paksuisia ja koostuvat 360 elektrodista.

“Yritimme joukon strategioita ennen. Polymeerien laskeminen niin ohueksi kuin vaaditaan johti virheisiin, jotka aiheuttivat niiden epäonnistumisen, ja paksut polymeerit eivät olleet tarpeeksi joustavia”, sanoi Viventi. “Mutta lopulta löysimme strategian, joka kestää niitä kaikkia, ja nyt se toimii aivoissa.”

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

Piin oksidin kerros

Tutkimus osoittaa, miten piin oksidin kerros, joka on vähemmän kuin mikrometri paksu, joka on termisesti kasvatettu, voi auttaa hillitsemään ympäristöä aivoissa. Hajoamisnopeus on 0,46 nanometriä päivässä, mutta pienet määrät voivat liueta kehoon ilman, että ne aiheuttavat ongelmia.

Tutkijat osoittivat myös, miten laitteen elektrodit voivat käyttää kapasitiivista anturitekniikkaa havaitsemaan hermostoaktiivisuutta.

Uudet kehitysaskeleet ovat vain yksi aloittava askel tämän teknologian edistämiseksi. Tutkijaryhmä työskentelee parhaillaan istuvuuden lisäämisestä 1 000:sta elektrodista yli 65 000:een.

“Yksi tavoitteistamme on luoda uudenlainen visuaalinen proteesi, joka vuorovaikuttaa suoraan aivojen kanssa, joka voi palauttaa ainakin jonkin näkökyvyn ihmisille, joilla on vahingoittuneet optiset hermot”, sanoi Viventi. “Mutta voimme myös käyttää näitä laitteita muiden proteesien ohjaamiseen tai laajassa neurotieteellisessä tutkimuksessa.”