Исследователи демонстрируют гибкие интерфейсы мозга

Новый проект, возглавляемый командой исследователей, продемонстрировал, как ультратонкий, гибкий нейронный интерфейс может быть имплантирован в мозг. Интерфейс состоит из тысяч электродов и может прослужить более шести лет.

Результаты были опубликованы в прошлом месяце в журнале Science Translational Medicine. Команда исследователей включает Джонатана Вивенти, ассистента профессора биомедицинской инженерии в Университете Дьюка; Джона Роджерса, профессора материаловедения и инженерии, биомедицинской инженерии и нейрохирургии в Северо-Западном университете; и Биджана Песарана, профессора нейронных наук в Нью-Йоркском университете.

Проблемы, связанные с датчиками в мозге

Вивенти рассказал о трудности получения работы датчиков в мозге.

“Попытка заставить эти датчики работать в мозге – это как бросить ваш сгибаемый, гибкий смартфон в океан и ожидать, что он будет работать 70 лет”, – сказал Вивенти. “За исключением того, что мы создаем устройства, которые намного тоньше и более гибкие, чем телефоны, которые сейчас есть на рынке. Это проблема”.

Существует много трудных проблем, когда речь идет о введении чужеродных объектов в мозг. Они должны быть способны существовать в коррозионной, соленой среде, и окружающие ткани и иммунная система атакуют объект.

Трудность увеличивается еще больше, когда речь идет об электронных устройствах. Большинство имплантируемых устройств на долгий срок герметически запечатаны в корпусах из титана, сваренных с помощью лазера.

“Создание водонепроницаемых, объемных оболочек для таких типов имплантатов представляет собой один уровень инженерной проблемы”, – сказал Роджерс. “Мы сообщаем здесь о успешном развитии материалов, которые обеспечивают аналогичные уровни изоляции, но с помощью тонких, гибких мембран, которые в сто раз тоньше листа бумаги.”

Из-за расположения человеческого мозга пространство и гибкость имеют крайне важное значение. Человеческий мозг состоит из десятков миллиардов нейронов, но существующие нейронные интерфейсы могут отбирать только около сотни мест. Эта конкретная проблема привела команду исследователей к разработке новых подходов.

“Вам нужно переместить электронику к самим датчикам и разработать местный интеллект, который может обрабатывать несколько входящих сигналов”, – сказал Вивенти. “Так работают цифровые камеры. У вас может быть десятки миллионов пикселей без десятков миллионов проводов, потому что многие пиксели делят одинаковые каналы данных.”

Исследователи смогли создать гибкие нейронные устройства, которые имеют толщину 25 микрометров, состоящие из 360 электродов.

“Мы попробовали много стратегий раньше. Осаждение полимеров такой тонкости, как это требуется, приводило к дефектам, которые вызывали их отказ, и более толстые полимеры не имели необходимой гибкости”, – сказал Вивенти. “Но мы наконец нашли стратегию, которая превосходит все остальные, и теперь сделали ее работоспособной в мозге.”

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

Слой диоксида кремния

Статья демонстрирует, как слой диоксида кремния толщиной менее микрометра, который термически выращен, может помочь укротить среду внутри мозга. Скорость деградации составляет 0,46 нанометров в день, но небольшие количества могут раствориться в организме без создания проблем.

Исследователи также продемонстрировали, как электроды в устройстве могут использовать емкостное обнаружение для обнаружения нейронной активности.

Новые разработки являются только одним из начальных шагов к дальнейшему развитию этой технологии. Команда сейчас работает над увеличением прототипа с 1 000 электродов до более 65 000.

“Одной из наших целей является создание нового типа визуального протеза, который взаимодействует напрямую с мозгом и может восстановить хотя бы некоторую зрительную способность для людей с поврежденными зрительными нервами”, – сказал Вивенти. “Но мы также можем использовать такие устройства для управления другими типами протезов или в широком спектре проектов нейробиологических исследований.”