Peneliti Menunjukkan Antarmuka Otak yang Fleksibel

Sebuah proyek baru yang dipimpin oleh tim peneliti telah menunjukkan bagaimana antarmuka neural yang ultrathin dan fleksibel dapat ditanamkan ke dalam otak. Antarmuka ini terdiri dari ribuan elektroda dan dapat bertahan selama lebih dari enam tahun.

Hasilnya dipublikasikan bulan lalu di jurnal Science Translational Medicine. Tim peneliti ini termasuk Jonathan Viventi, asisten profesor teknik biomedis di Duke University; John Rogers, Profesor Louis Simpson dan Kimberly Querrey di bidang Ilmu Bahan, Teknik Biomedis, dan Bedah Saraf di Northwestern University; dan Bijan Pesaran, profesor ilmu saraf di NYU.

Tantangan Mengelilingi Sensor di Otak

Viventi berbicara tentang kesulitan mendapatkan sensor untuk bekerja di otak.

“Mencoba mendapatkan sensor ini untuk bekerja di otak seperti melempar ponsel lipat yang fleksibel ke laut dan mengharapkan itu bekerja selama 70 tahun,” kata Viventi. “Kecuali kita membuat perangkat yang jauh lebih tipis dan lebih fleksibel daripada ponsel yang ada di pasar saat ini. Itulah tantangannya.”

Ada banyak tantangan sulit ketika memperkenalkan benda asing ke dalam otak. Mereka harus dapat ada di lingkungan yang korosif, asin, dan jaringan sekitar serta sistem kekebalan tubuh menyerang benda itu.

Kesulitan itu meningkat bahkan lebih ketika berbicara tentang perangkat elektronik. Sebagian besar perangkat yang dapat ditanamkan jangka panjang memiliki casing titanium yang dilas dengan laser.

“Membangun wadah yang kedap air, bulk untuk jenis implan seperti itu mewakili satu tingkat tantangan teknik,” kata Rogers. “Kami melaporkan di sini pengembangan bahan yang menyediakan tingkat isolasi yang sama, tetapi dengan membran yang tipis dan fleksibel yang seratus kali lebih tipis daripada selembar kertas.”

Karena tata letak otak manusia, ruang dan fleksibilitas sangat penting. Otak manusia terdiri dari puluhan miliar neuron, tetapi antarmuka neural yang ada hanya dapat mengambil sampel sekitar seratus situs. Tantangan khusus ini telah memimpin tim peneliti untuk mengembangkan pendekatan baru.

“Anda perlu memindahkan elektronik ke sensor itu sendiri dan mengembangkan kecerdasan lokal yang dapat menangani banyak sinyal masuk,” kata Viventi. “Inilah cara kerja kamera digital. Anda dapat memiliki puluhan juta piksel tanpa puluhan juta kabel karena banyak piksel berbagi saluran data yang sama.”

Peneliti dapat mengembangkan perangkat neural yang fleksibel yang tebalnya 25 mikrometer, terdiri dari 360 elektroda.

“Kami mencoba beberapa strategi sebelumnya. Mengendapkan polimer yang setipis yang diperlukan menghasilkan cacat yang menyebabkannya gagal, dan polimer yang lebih tebal tidak memiliki fleksibilitas yang diperlukan,” kata Viventi. “Tapi kami akhirnya menemukan strategi yang dapat bertahan lebih lama dan sekarang telah membuatnya bekerja di otak.”

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

Lapisan Silikon Dioksida

Makalah ini menunjukkan bagaimana lapisan silikon dioksida yang kurang dari satu mikrometer tebal, yang tumbuh termal, dapat membantu menenangkan lingkungan di dalam otak. Tingkat degradasi adalah 0,46 nanometer per hari, tetapi jumlah kecil dapat larut ke dalam tubuh tanpa menyebabkan masalah.

Peneliti juga menunjukkan bagaimana elektroda dalam perangkat dapat menggunakan penginderaan kapasitif untuk mendeteksi aktivitas neural.

Pengembangan baru ini hanya salah satu langkah awal untuk meningkatkan teknologi ini. Tim sekarang bekerja pada meningkatkan prototipe dari 1.000 elektroda menjadi lebih dari 65.000.

“Salah satu tujuan kami adalah menciptakan jenis prostetik visual baru yang berinteraksi langsung dengan otak yang dapat memulihkan setidaknya beberapa kapasitas penglihatan untuk orang-orang dengan saraf optik yang rusak,” kata Viventi. “Tapi kami juga dapat menggunakan jenis perangkat ini untuk mengontrol jenis prostetik lain atau dalam berbagai proyek penelitian ilmu saraf.”