Pesquisadores Demonstram Interfaces Cerebrais Flexíveis

Um novo projeto liderado por uma equipe de pesquisadores demonstrou como uma interface neural ultrafina e flexível pode ser implantada no cérebro. A interface consiste em milhares de eletrodos e pode durar mais de seis anos.

Os resultados foram publicados no mês passado na revista Science Translational Medicine. A equipe de pesquisadores inclui Jonathan Viventi, professor assistente de engenharia biomédica na Duke University; John Rogers, o Louis Simpson e Kimberly Querrey Professor de Ciência de Materiais e Engenharia, Engenharia Biomédica e Cirurgia Neurológica na Northwestern University; e Bijan Pesaran, professor de ciência neural na NYU.

Desafios em Torno de Sensores no Cérebro

Viventi falou sobre a dificuldade de fazer com que os sensores funcionem no cérebro.

“Tentar fazer com que esses sensores funcionem no cérebro é como jogar seu smartphone flexível e dobrável no oceano e esperar que ele funcione por 70 anos”, disse Viventi. “Exceto que estamos criando dispositivos que são muito mais finos e flexíveis do que os telefones atualmente no mercado. Esse é o desafio”.

Existem muitos desafios difíceis quando se trata de introduzir objetos estranhos no cérebro. Eles precisam ser capazes de existir em um ambiente corrosivo e salgado, e os tecidos circundantes e o sistema imunológico atacam o objeto.

A dificuldade é aumentada ainda mais quando se fala em dispositivos elétricos. A maioria dos dispositivos implantáveis de longo prazo são selados hermeticamente com invólucros de titânio soldados a laser.

“Construir invólucros à prova de água para esse tipo de implante representa um nível de desafio de engenharia”, disse Rogers. “Estamos relatando aqui o desenvolvimento bem-sucedido de materiais que fornecem níveis semelhantes de isolamento, mas com membranas finas e flexíveis que são cem vezes mais finas do que uma folha de papel.”

Devido ao layout do cérebro humano, o espaço e a flexibilidade são extremamente importantes. O cérebro humano consiste em dezenas de bilhões de neurônios, mas as interfaces neurais existentes só podem amostrar cerca de cem sites. Esse desafio específico levou a equipe de pesquisadores a desenvolver novas abordagens.

“Você precisa mover a eletrônica para os sensores em si e desenvolver inteligência local que possa lidar com múltiplos sinais de entrada”, disse Viventi. “É assim que as câmeras digitais funcionam. Você pode ter dezenas de milhões de pixels sem dezenas de milhões de fios porque muitos pixels compartilham os mesmos canais de dados.”

Os pesquisadores conseguiram criar dispositivos neurais flexíveis que são 25 micrômetros de espessura, consistindo em 360 eletrodos.

“Tentamos uma série de estratégias antes. Depositar polímeros tão finos quanto o necessário resultou em defeitos que os faziam falhar, e polímeros mais grossos não tinham a flexibilidade necessária”, disse Viventi. “Mas finalmente encontramos uma estratégia que supera todas as outras e agora fizemos com que funcione no cérebro.”

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Camada de Dióxido de Silício

O artigo demonstra como uma camada de dióxido de silício menos de um micrômetro de espessura, que é termicamente crescida, pode ajudar a controlar o ambiente dentro do cérebro. A taxa de degradação é de 0,46 nanômetros por dia, mas as pequenas quantidades podem se dissolver no corpo sem criar problemas.

Os pesquisadores também demonstraram como os eletrodos dentro do dispositivo podem usar detecção capacitiva para detectar atividade neural.

Os novos desenvolvimentos são apenas um dos primeiros passos para avançar nessa tecnologia. A equipe agora está trabalhando para aumentar o protótipo de 1.000 eletrodos para mais de 65.000.

“Um de nossos objetivos é criar um novo tipo de prótese visual que interaja diretamente com o cérebro e possa restaurar pelo menos alguma capacidade de visão para pessoas com nervos ópticos danificados”, disse Viventi. “Mas também podemos usar esses tipos de dispositivos para controlar outros tipos de próteses ou em uma ampla gama de projetos de pesquisa em neurociência.”