Дослідники демонструють гнучкі інтерфейси мозку

Новий проєкт під керівництвом команди дослідників демонструє, як ультратонкий, гнучкий нейронний інтерфейс можна імплантувати в мозок. Інтерфейс складається з тисяч електродів і може працювати понад шість років.

Результати були опубліковані минулого місяця в журналі Science Translational Medicine. Команда дослідників включає Джонатана Вівенті, асистента професора біомедичної інженерії в Університеті Дюка; Джона Роджерса, професора матеріалознавства, біомедичної інженерії та нейрохірургії в Північно-Західному університеті; та Біджана Песарана, професора нейронної науки в Нью-Йоркському університеті.

Виклики, пов’язані з датчиками в мозку

Вівенті говорив про труднощі отримання датчиків, які працюють у мозку.

“Спробувати зробити ці датчики працювати в мозку – це як кинути ваш гнучкий, складаний смартфон в океан і очікувати, що він працюватиме 70 років”, – сказав Вівенті. “Окрім того, ми створюємо пристрої, які значно тонші та гнучіші, ніж сучасні телефони. Це виклик”.

Є багато складних викликів, коли йдеться про введення чужорідних об’єктів у мозок. Вони повинні能够 існувати в корозійній, солоній середовищі, а оточуючі тканини та імунна система атакують об’єкт.

Труднощі ще більше збільшуються, коли мова йде про електронні пристрої. Більшість довгострокових імплантованих пристроїв герметично запечатані лазерно звареними титановими корпусами.

“Створення водотеплих, масивних оболонок для таких типів імплантатів представляє один рівень інженерного виклику”, – сказав Роджерс. “Ми повідомляємо тут про успішну розробку матеріалів, які забезпечують подібні рівні ізоляції, але з тонкими, гнучкими мембранами, які в 100 разів тонші, ніж аркуш паперу.”

Через структуру людського мозку, простір і гнучкість мають велике значення. Людський мозок складається з десятків мільярдів нейронів, але існуючі нейронні інтерфейси можуть тільки вибірково обробляти близько сотні сайтів. Цей конкретний виклик змусив команду дослідників розробити нові підходи.

“Вам потрібно перемістити електроніку до самих датчиків і розробити локальний інтелект, який може обробляти кілька вхідних сигналів”, – сказав Вівенті. “Це як працюють цифрові камери. Ви можете мати десятки мільйонів пікселів без десятків мільйонів дротів, оскільки багато пікселів спільно використовують одні й ті ж канали даних.”

Дослідники змогли створити гнучкі нейронні пристрої, які мають товщину 25 мікрометрів, складаються з 360 електродів.

“Ми спробували багато стратегій раніше. Нанесення полімерів товщиною, необхідною для цього, призводило до дефектів, які викликали їхнє виходу з ладу, а товсті полімери не мали необхідної гнучкості”, – сказав Вівенті. “Але ми нарешті знайшли стратегію, яка перевершує всі інші, і тепер зробили її працездатною в мозку.”

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

Шар силіцію діоксиду

Стаття демонструє, як шар силіцію діоксиду товщиною менше одного мікрометра, який термічно росте, може допомогти приборкати середовище всередині мозку. Темп деградації становить 0,46 нанометрів на день, але маленькі кількості можуть розчинитися в організмі без створення проблем.

Дослідники також продемонстрували, як електроди всередині пристрою можуть використовувати капаситivní чуття для виявлення нейронної діяльності.

Нові розробки – це тільки один із початкових кроків до подальшого розвитку цієї технології. Команда зараз працює над збільшенням кількості електродів з 1000 до понад 65000.

“Одна з наших цілей – створити новий тип візуального протезу, який взаємодіє безпосередньо з мозком, щоб відновити хоча б частину зору для людей з пошкодженими зоровими нервами”, – сказав Вівенті. “Але ми також можемо використовувати такі пристрої для контролю інших типів протезів або в широкому спектрі нейронаукових дослідницьких проєктів.”