Cercetătorii demonstrează interfețe creier flexibile

Un proiect nou condus de o echipă de cercetători a demonstrat cum o interfață neurală ultraplăcută și flexibilă poate fi implantată în creier. Interfața este alcătuită din mii de electrozi și poate dura peste șase ani. 

Rezultatele au fost publicate luna trecută în revista Science Translational Medicine. Echipa de cercetători include Jonathan Viventi, profesor asistent de inginerie biomedicală la Universitatea Duke; John Rogers, profesorul Louis Simpson și Kimberly Querrey de știința materialelor și inginerie, inginerie biomedicală și neurochirurgie la Universitatea Northwestern; și Bijan Pesaran, profesor de științe neuronale la NYU. 

Provocările legate de senzorii din creier

Viventi a vorbit despre dificultatea de a face senzorii să funcționeze în creier. 

“Încercarea de a face acești senzori să funcționeze în creier este ca și cum ai arunca telefonul tău pliabil și flexibil în ocean și să te aștepți ca el să funcționeze timp de 70 de ani,” a spus Viventi. “Exceptăm faptul că noi facem dispozitive mult mai subțiri și mai flexibile decât telefoanele de pe piață în prezent. Aceasta este provocarea.”

Există multe provocări dificile atunci când vine vorba de introducerea unor obiecte străine în creier. Ele trebuie să poată exista într-un mediu coroziv și sărat, iar țesuturile și sistemul imunitar atacă obiectul. 

Dificultatea este și mai mare atunci când vorbim despre dispozitive electrice. Cele mai multe dispozitive implantabile pe termen lung sunt etanșate ermetic cu carcase de titan sudate cu laser. 

“Construirea unor încăperi etanșe și solide pentru astfel de implanturi reprezintă o provocare inginerească,” a spus Rogers. “Noi raportăm aici dezvoltarea cu succes a unor materiale care oferă niveluri similare de izolare, dar cu membrane subțiri și flexibile care sunt de o sută de ori mai subțiri decât o foaie de hârtie.”

Din cauza structurii creierului uman, spațiul și flexibilitatea sunt extrem de importante. Creierul uman este alcătuit din zeci de miliarde de neuroni, dar interfețele neurale existente pot să sampleze doar în jur de o sută de site-uri. Această provocare specifică a condus echipa de cercetători să dezvolte abordări noi. 

“Trebuie să mutați electronica la senzorii înșiși și să dezvoltați o inteligență locală care să poată gestiona multiple semnale de intrare,” a spus Viventi. “Acesta este modul în care funcționează camerele digitale. Puteți avea zeci de milioane de pixeli fără a avea zeci de milioane de fire, deoarece multe pixeli împărtășesc aceleași canale de date.”

Cercetătorii au reușit să creeze dispozitive neurale flexibile care sunt de 25 de micrometri grosime, alcătuite din 360 de electrozi. 

“Am încercat o mulțime de strategii înainte. Depunerea polimerilor atât de subțiri cum este necesar a dus la defecte care i-au făcut să nu funcționeze, iar polimerii mai groși nu aveau flexibilitatea necesară,” a spus Viventi. “Dar am găsit în sfârșit o strategie care le depășește pe toate și am făcut-o să funcționeze în creier.”

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

Strat de dioxid de siliciu

Articolul demonstrează cum un strat de dioxid de siliciu mai subțire de un micrometru, care este termic crescut, poate ajuta la domesticirea mediului din creier. Rata de degradare este de 0,46 nanometri pe zi, dar cantitățile mici pot dizolva în corp fără a crea probleme. 

Cercetătorii au demonstrat, de asemenea, cum electrozii din dispozitiv pot utiliza detectarea capacitivă pentru a detecta activitatea neurală. 

Noile dezvoltări sunt doar unul dintre primele etape pentru a promova această tehnologie. Echipa lucrează acum la creșterea prototipului de la 1.000 de electrozi la peste 65.000. 

“Unul dintre obiectivele noastre este să creăm un nou tip de proteză vizuală care interacționează direct cu creierul și care poate restaura cel puțin o parte a capacității de vedere pentru persoanele cu nervi optici deteriorați,” a spus Viventi. “Dar putem utiliza, de asemenea, aceste tipuri de dispozitive pentru a controla alte tipuri de proteze sau într-o gamă largă de proiecte de cercetare științifică.”