Các nhà nghiên cứu chứng minh giao diện não linh hoạt

Một dự án mới do một nhóm các nhà nghiên cứu dẫn đầu đã chứng minh cách một giao diện thần kinh linh hoạt, mỏng có thể được cấy vào não. Giao diện này bao gồm hàng nghìn điện cực và có thể tồn tại hơn sáu năm.

Kết quả được công bố vào tháng trước trên tạp chí Science Translational Medicine. Nhóm các nhà nghiên cứu bao gồm Jonathan Viventi, giáo sư trợ lý về kỹ thuật sinh học tại Đại học Duke; John Rogers, giáo sư về khoa học vật liệu, kỹ thuật sinh học và phẫu thuật thần kinh tại Đại học Northwestern; và Bijan Pesaran, giáo sư về khoa học thần kinh tại NYU.

Thử thách xung quanh các cảm biến trong não

Viventi đã nói về khó khăn khi làm cho các cảm biến hoạt động trong não.

“Thử nghiệm để làm cho các cảm biến này hoạt động trong não giống như ném điện thoại linh hoạt, có thể gấp lại của bạn vào đại dương và mong đợi nó hoạt động trong 70 năm,” Viventi nói. “Trừ khi chúng tôi đang tạo ra các thiết bị mỏng hơn và linh hoạt hơn nhiều so với điện thoại hiện tại trên thị trường. Đó là thách thức.”

Có nhiều thách thức khó khăn khi đưa các vật thể lạ vào não. Chúng phải có thể tồn tại trong một môi trường ăn mòn, muối và các mô xung quanh cũng như hệ miễn dịch tấn công vật thể.

Khó khăn tăng lên thậm chí còn nhiều hơn khi nói đến các thiết bị điện. Hầu hết các thiết bị cấy ghép lâu dài được niêm phong bằng các hộp titanium hàn laser.

“Xây dựng các bộ phận封闭 chống nước, khối lượng cho các loại cấy ghép như vậy đại diện cho một cấp độ thách thức kỹ thuật,” Rogers nói. “Chúng tôi đang báo cáo ở đây sự phát triển thành công của các vật liệu cung cấp mức độ cách ly tương tự, nhưng với các màng mỏng, linh hoạt chỉ dày một trăm lần so với một tờ giấy.”

Do bố cục của não người, không gian và linh hoạt là cực kỳ quan trọng. Não người bao gồm hàng chục tỷ neuron, nhưng các giao diện thần kinh hiện có chỉ có thể lấy mẫu khoảng một trăm vị trí. Thách thức cụ thể này đã dẫn nhóm các nhà nghiên cứu phát triển các phương pháp mới.

“Bạn cần di chuyển các thiết bị điện tử đến chính các cảm biến và phát triển trí tuệ cục bộ có thể xử lý nhiều tín hiệu đến,” Viventi nói. “Đây là cách các máy ảnh kỹ thuật số hoạt động. Bạn có thể có hàng chục triệu pixel mà không cần hàng chục triệu dây vì nhiều pixel chia sẻ cùng các kênh dữ liệu.”

Các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra các thiết bị thần kinh linh hoạt dày 25 micromet, bao gồm 360 điện cực.

“Chúng tôi đã thử một số chiến lược trước. Đặt các polymer mỏng như cần thiết đã dẫn đến các khuyết tật khiến chúng thất bại, và các polymer dày hơn không có sự linh hoạt cần thiết,” Viventi nói. “Nhưng cuối cùng chúng tôi đã tìm thấy một chiến lược vượt qua tất cả và bây giờ đã làm cho nó hoạt động trong não.”

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

Lớp Silicon Dioxide

Bài báo chứng minh cách một lớp silicon dioxide dày ít hơn một micromet, được phát triển nhiệt, có thể giúp kiểm soát môi trường trong não. Tốc độ suy giảm là 0,46 nanomet mỗi ngày, nhưng các lượng nhỏ có thể hòa tan vào cơ thể mà không gây ra vấn đề.

Các nhà nghiên cứu cũng chứng minh cách các điện cực trong thiết bị có thể sử dụng cảm biến điện dung để phát hiện hoạt động thần kinh.

Các phát triển mới chỉ là một trong những bước đầu tiên để phát triển công nghệ này. Nhóm hiện đang làm việc để tăng số lượng điện cực trong nguyên mẫu từ 1.000 lên hơn 65.000.

“Một trong những mục tiêu của chúng tôi là tạo ra một loại thị giác giả mới tương tác trực tiếp với não có thể phục hồi ít nhất một số khả năng nhìn cho những người có dây thần kinh thị giác bị hư hỏng,” Viventi nói. “Nhưng chúng tôi cũng có thể sử dụng các loại thiết bị này để kiểm soát các loại giả lập khác hoặc trong một loạt các dự án nghiên cứu khoa học thần kinh.”