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 kỹ thuật sinh học tại Đại học Duke; John Rogers, giáo sư khoa học vật liệu và kỹ thuật sinh học, phẫu thuật thần kinh tại Đại học Northwestern; và Bijan Pesaran, giáo sư khoa học thần kinh tại NYU. 

Thử thách xung quanh các cảm biến trong não

Viventi nói về khó khăn khi đưa cảm biến vào não. 

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

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

Khó khăn tăng lên nhiều hơn khi nói về thiết bị điện. Hầu hết các thiết bị cấy ghép lâu dài được niêm phong bằng hộp kim loại titan hàn laser. 

“Xây dựng các bộ phận kín, khối để cấy ghép như vậy đại diện cho một cấp độ thử thách kỹ thuật,” Rogers nói. “Chúng tôi đang báo cáo ở đây về sự phát triển thành công của các vật liệu cung cấp mức độ cách ly tương tự, nhưng với các màng mỏng, linh hoạt mỏng hơn 100 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 tỷ neuron, nhưng các giao diện thần kinh hiện có chỉ có thể lấy mẫu xung quanh một trăm vị trí. Thử thách cụ thể này đã dẫn nhóm các nhà nghiên cứu đến việc phát triển các phương pháp mới. 

“Bạn cần di chuyển điện tử đến chính cảm biến và phát triển trí tuệ địa phương có thể xử lý nhiều tín hiệu đến,” Viventi nói. “Đây là cách máy ảnh kỹ thuật số hoạt động. Bạn có thể có hàng triệu pixel mà không cần hàng 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 có độ dày 25 micromet, bao gồm 360 điện cực. 

“Chúng tôi đã thử một số chiến lược trước. Việc沉积 polymer mỏng như yêu cầu đã dẫn đến các khuyết tật khiến chúng thất bại, và polymer dày hơn không có tính linh hoạt cần thiết,” Viventi nói. “Nhưng chúng tôi cuối cùng 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 mỏng 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 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. 

Những phát triển mới chỉ là một trong những bước đầu tiên để phát triển công nghệ này. Nhóm hiện đang làm việc trên việc tăng số lượng điện cực 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 bị tổn thương dây thần kinh thị giác,” Viventi nói. “Nhưng chúng tôi cũng có thể sử dụng các thiết bị loại này để kiểm soát các loại giả khác hoặc trong một loạt các dự án nghiên cứu khoa học thần kinh.”