연구진, 뇌에 삽입할 수 있는 유연한 뇌-컴퓨터 인터페이스 시연

새로운 프로젝트는 연구진이 어떻게 얇고 유연한 신경 인터페이스를 뇌에 삽입할 수 있는지 보여주고 있습니다. 이 인터페이스는 수천 개의 전극으로 구성되어 있으며 6년 이상 지속될 수 있습니다.

결과는 지난 달에 Science Translational Medicine 저널에 발표되었습니다. 연구진에는 듀크 대학교의 생물의학 공학 조교수인 조나단 비벤티, 노스웨스턴 대학교의 재료과학 및 공학, 생물의학 공학, 신경외과 교수인 존 로저스, 뉴욕 대학교의 신경과학 교수인 비잔 페사란이 포함됩니다.

뇌에 대한 센서의 도전

비벤티는 뇌에서 센서를 작동시키는 어려움에 대해 말했습니다.

“이 센서들을 뇌에서 작동시키는 것은 접이식, 유연한 스마트폰을 바다에 던지고 70년 동안 작동하도록 기대하는 것과 같습니다. 그러나 우리는 현재 시장에 있는 전화보다 훨씬 얇고 유연한 장치를 만들고 있습니다. 그것이 도전입니다.”라고 비벤티는 말했습니다.

뇌에 외국 물체를 도입하는 것은 많은 어려운 도전을 수반합니다. 그것들은 부식성, 짠 환경에서 존재할 수 있어야 하며, 주변 조직과 면역계가 물체를 공격합니다.

전기 장치의 경우 어려움이 더욱 증가합니다. 대부분의 장기 삽입 가능한 장치는 레이저 용접된 티타늄 케이싱으로 밀봉됩니다.

“수중 밀봉, 벌크 캡슐을 만드는 것은 일종의 엔지니어링 도전입니다”라고 로저스는 말했습니다. “우리는 여기서 유사한 수준의 격리성을 제공하는 얇고 유연한 막을 성공적으로 개발했습니다. 그것은 종이 한 장보다 100배 얇습니다.”

인간 뇌의 레이아웃으로 인해 공간과 유연성은 매우 중요합니다. 인간 뇌는 수십억 개의 뉴런으로 구성되어 있지만, 기존의 신경 인터페이스는 약 100개의 사이트만 샘플링할 수 있습니다. 이 특정 도전은 연구진이 새로운 접근 방식을 개발하도록 이끌었습니다.

“센서 자체로 전자 장치를 이동하고 다중 신호를 처리할 수 있는 로컬 인텔리전스를 개발해야 합니다”라고 비벤티는 말했습니다. “이것은 디지털 카메라가 작동하는 방식입니다. 수백만 개의 픽셀이 있지만 수백만 개의 와이어가 필요하지 않습니다. 많은 픽셀이 동일한 데이터 채널을 공유하기 때문입니다.”

연구진은 25 마이크로미터 두께의 유연한 신경 장치를 개발할 수 있었습니다. 그것은 360개의 전극으로 구성되어 있습니다.

“우리는 이전에 여러 전략을 시도했습니다. 필요한 만큼 얇은 폴리머를沉积하면 결함이 발생하여 실패했습니다. 더 두꺼운 폴리머는 필요한 유연성을 가지지 못했습니다”라고 비벤티는 말했습니다. “그러나 우리는 모든 것을 능가하는 전략을 찾았습니다. 이제 그것을 뇌에서 작동시킬 수 있습니다.”

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실리콘 다이오кс이드 계층

이 논문은 뇌 내부의 환경을 다루는 데 도움이 되는 얇은 실리콘 다이오кс이드 계층을 보여주고 있습니다. 그 계층은 열을 가해 성장시킨 것으로, 1 마이크로미터 미만의 두께입니다. 그 속도는 0.46 나노미터/일입니다. 그러나 작은 양은 문제를 일으키지 않고 체내에 녹을 수 있습니다.

연구진은 또한 장치 내의 전극이 신경 활동을 감지하기 위해 정전기 센싱을 사용할 수 있음을 보여주었습니다.

새로운 개발은 이 기술을 더욱 발전시키는 첫 번째 단계 중 하나입니다. 연구진은 현재 1,000개의 전극에서 65,000개 이상의 전극으로 프로토タイプ를 늘리고 있습니다.

“우리의 목표 중 하나는 뇌와 직접 상호작용하여 시력 손상으로 인해 시각적 능력을 일부 회복할 수 있는 새로운 유형의 시각 보철을 만드는 것입니다”라고 비벤티는 말했습니다. “그러나 우리는 이러한 유형의 장치를 사용하여 다른 유형의 보철물을 제어하거나 신경과학 연구 프로젝트의 광범위한 분야에서 사용할 수 있습니다.”