חוקרים מדגימים ממשקי מוח גמישים

פרויקט חדש בראשות צוות חוקרים הדגים כיצד ניתן להשתיל ממשק עצבי דק וגמיש לתוך המוח. הממשק מורכב מאלפי אלקטרודות ויכול לחזור יותר משש שנים.

התוצאות פורסמו בחודש שעבר בכתב העת Science Translational Medicine. צוות החוקרים כולל את ג’ונתן ויוונטי, פרופסור עוזר להנדסת ביו-רפואית באוניברסיטת דיוק; ג’ון רוג’רס, פרופסור לואיס סימפסון וקימברלי קוורי למדעי חומרים, הנדסת ביו-רפואית ונוירוכירורגיה באוניברסיטת נורת’ווסטרן; וביג’אן פסאראן, פרופסור למדע עצבי ב-NYU.

אתגרים הקשורים לחיישנים במוח

ויוונטי דיבר על הקושי של הבאת חיישנים לעבוד במוח.

“לנסות להביא את החיישנים האלה לעבוד במוח, זה כמו לזרוק את הטלפון הגמיש והניתן לקיפול שלך לתוך האוקיינוס ולצפות שיעבוד במשך 70 שנה”, אמר ויוונטי. “חוץ מזה, אנחנו מייצרים התקנים שהם רזים וגמישים הרבה יותר מהטלפונים שיש בשוק כרגע. זהו האתגר.”

ישנם הרבה אתגרים קשים כאשר מדובר בהכנסת עצמים זרים לתוך המוח. הם צריכים להיות מסוגלים להתקיים בסביבה מוכתרת ומלוחה, ורקמות ומערכת החיסון תוקפות את העצם.

הקושי מוגבר אפילו יותר כאשר מדובר בהתקנים חשמליים. רוב ההתקנים הניתנים להשתלה לטווח ארוך הם נפתחים הרמטית עם תיבות טיטניום המחוברות בלייזר.

“בניית תיבות מים-סתומות, מוגנות, לסוגים כאלה של השתלות, מייצגת אתגר הנדסי אחד”, אמר רוג’רס. “אנו מדווחים כאן על פיתוח מוצלח של חומרים שמספקים רמות דומות של בידוד, אך עם קרומים דקים וגמישים שהם מאה פעמים דקים יותר מדף נייר.”

בגלל המבנה של המוח האנושי, החלל והגמישות הם חשובים ביותר. המוח האנושי מורכב מעשרות מיליארדי נוירונים, אך ממשקים עצביים קיימים רק יכולים לדגום סביב מאה אתרים. אתגר ספציפי זה הוביל את צוות החוקרים לפתח גישות חדשות.

“צריך להזיז את האלקטרוניקה לעצמם החיישנים ולפתח אינטליגנציה מקומית שיכולה לטפל במספר רב של אותות נכנסים”, אמר ויוונטי. “זהו האופן שבו מצלמות דיגיטליות עובדות. ניתן להיות עם עשרות מיליוני פיקסלים ללא עשרות מיליוני כבלים, כיוון שרוב הפיקסלים חולקים את אותם ערוצי נתונים.”

החוקרים הצליחו ליצור התקנים עצביים גמישים שהם 25 מיקרומטרים עובי, המורכבים מ-360 אלקטרודות.

“ניסינו הרבה אסטרטגיות לפני. הפקדת פולימרים דקים כפי שנדרש, גרמה לפגמים שגרמו להם להיכשל, ופולימרים עבים יותר לא היו בעלי את הגמישות הנדרשת”, אמר ויוונטי. “אבל לבסוף מצאנו אסטרטגיה שעוברת את כולם ועכשיו הצלחנו להפעיל אותה במוח.”

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

שכבת דו-חמצן הצורן

המאמר מדגים כיצד שכבת דו-חמצן הצורן דקה מאוד, פחות ממיקרומטר אחד, שצומחת תרמית, יכולה לעזור לרסנם את הסביבה בתוך המוח. קצב ההרס הוא 0.46 נאנומטרים ליום, אך כמויות קטנות יכולות להתמוסס לתוך הגוף ללא יצירת בעיות.

החוקרים הדגימו גם כיצד האלקטרודות בתוך ההתקן יכולות להשתמש בחיישן קיבולי לגילוי פעילות עצבית.

הפיתוחים החדשים הם רק אחד מהצעדים הראשונים לקידום טכנולוגיה זו. הצוות עובד כעת על הגדלת האב-טיפוס מ-1,000 אלקטרודות למעל 65,000.

“אחד מיעדינו הוא ליצור סוג חדש של תותב ויזואלי שיתקשר ישירות עם המוח, שיכול להחזיר לפחות חלק מיכולת הראייה לאנשים עם עצבים אופטיים פגועים”, אמר ויוונטי. “אבל אנחנו גם יכולים להשתמש בסוגים אלו של התקנים לשליטה על תותבים אחרים או במגוון רחב של פרויקטי מחקר במדעי המוח.”