Araştırmacılar Esnek Beyin Arayüzlerini Demonstre Etti

Araştırmacılar tarafından yürütülen yeni bir proje, ultraince, esnek bir nöral arayüzün beynin içine nasıl implante edilebileceğini gösterdi. Arayüz, binlerce elektrod içerir ve altı yıldan fazla süreyle dayanabilir.

Sonuçlar geçen ay Science Translational Medicine dergisinde yayımlandı. Araştırmacı ekibinde Duke Üniversitesi’nde biyomedikal mühendislik yardımcı profesörü Jonathan Viventi, Northwestern Üniversitesi’nde Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Biyomedikal Mühendislik ve Nörolojik Cerrahi profesörü John Rogers ve NYU’da nöral bilim profesörü Bijan Pesaran yer alıyor.

Beyindeki Sensörlerle İlgili Zorluklar

Viventi, beyinde sensörlerin çalışmasını sağlamakta yaşanan zorluklardan bahsetti.

“Bunları beyinde çalışır halde tutmaya çalışmak, katlanabilir, esnek akıllı telefonunuzu okyanusa atıp 70 yıl boyunca çalışmasını beklemek gibi,” dedi Viventi. “Ancak biz, piyasada bulunan telefonlardan çok daha ince ve esnek cihazlar üretiyoruz. Bu, zorluk.”

Beyne yabancı nesneler sokarken birçok zorluk bulunuyor. Bunlar, aşındırıcı, tuzlu bir ortamda var olabilme ve çevre dokuların ve bağışıklık sisteminin nesneyi saldırması gerekiyor.

Zorluk, elektrikli cihazlardan bahsettiğimizde daha da artıyor. Çoğu uzun süreli implante edilebilir cihaz, lazerle kaynak yapılmış titanyum kasalar ile mühürlenmiştir.

“Bu tür implantlar için su geçirmez, büyük kaplamalar oluşturmak bir mühendislik zorluğu temsil ediyor,” dedi Rogers. “Biz burada, benzer düzeyde izolasyon sağlayan ancak kağıt kadar ince, esnek membranların başarılı bir şekilde geliştirildiğini bildiriyoruz.”

İnsan beyninin yapısı nedeniyle, alan ve esneklik son derece önemli. İnsan beyni on milyarlarca nöron içeriyor, ancak mevcut nöral arayüzler yalnızca yaklaşık yüz bölgeyi örnekleyebiliyor. Bu özel zorluk, araştırmacı ekibinin yeni yaklaşımlar geliştirmesine yol açtı.

“Sensörlere elektronikleri taşımanız ve birden fazla gelen sinyali işleyebilecek yerel zekayı geliştirmeniz gerekiyor,” dedi Viventi. “Bu, dijital kameraların çalışma şekli. On milyonlarca pikseliniz olabilir, ancak on milyonlarca kablo olmanız gerekmez, çünkü birçok piksel aynı veri kanallarını paylaşır.”

Araştırmacılar, 25 mikrometre kalınlığında, 360 elektrod içeren esnek nöral cihazlar geliştirdiler.

“Önce birçok strateji denedik. Gerekli kadar ince polimerler oluşturmak, cihazların arızalanmasına neden olan hatalara yol açtı ve daha kalın polimerler gerekli esnekliği sağlamadı,” dedi Viventi. “Ancak sonunda hepsini aşan bir strateji bulduk ve şimdi beyinde çalışmasını sağladık.”

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

Silikon Dioksit Katmanı

Makale, beyin içinde ortamı kontrol altına almasına yardımcı olan, termal olarak büyütülmüş, bir mikrometreden daha ince bir silikon dioksit katmanının nasıl kullanılabileceğini gösteriyor. Bozunma hızı günde 0,46 nanometre, ancak küçük miktarlar vücutta herhangi bir sorun yaratmadan çözünebiliyor.

Araştırmacılar, cihazdaki elektrodların nasıl kapasitif algılama kullanarak nöral aktiviteyi tespit edebileceğini de gösterdiler.

Yeni gelişmeler, bu teknolojinin ilerletilmesi için attıkları ilk adımlardan sadece biri. Ekibin şu anda prototipi 1.000 elektroddan 65.000’e çıkarmanın üzerinde çalışıyor.

“Hedeflerimizden biri, doğrudan beyin ile etkileşime giren yeni bir tür görsel protez oluşturmak ve hasarlı optik sinirleri olan kişilerde en az bazı görme kapasitelerini restore etmektir,” dedi Viventi. “Ancak bu tür cihazları diğer tür protezleri kontrol etmek veya geniş bir nörobilimsel araştırma projelerinde de kullanabiliriz.”