Νέο εγκεφαλικό εμφύτευμα καταγράφει τη δραστηριότητα των νευρώνων για μήνες

Η καταγραφή της δραστηριότητας μεγάλων πληθυσμών μεμονωμένων νευρώνων στον εγκέφαλο για μεγάλες χρονικές περιόδους είναι ζωτικής σημασίας για την περαιτέρω κατανόηση των νευρωνικών κυκλωμάτων, για να επιτραπούν νέες θεραπείες βασισμένες σε ιατρικές συσκευές και, στο μέλλον, για διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή που απαιτούν υψηλή ανάλυση ηλεκτροφυσιολογικές πληροφορίες.

Αλλά σήμερα υπάρχει μια αντιστάθμιση μεταξύ του πόσες πληροφορίες υψηλής ανάλυσης μπορεί να μετρήσει μια εμφυτευμένη συσκευή και πόσο καιρό μπορεί να διατηρήσει τις επιδόσεις εγγραφής ή διέγερσης. Άκαμπτα, εμφυτεύματα πυριτίου με πολλούς αισθητήρες, μπορούν να συλλέξουν πολλές πληροφορίες αλλά δεν μπορούν να παραμείνουν στο σώμα για πολύ. Οι ευέλικτες, μικρότερες συσκευές είναι λιγότερο παρεμβατικές και μπορούν να διαρκέσουν περισσότερο στον εγκέφαλο, αλλά παρέχουν μόνο ένα κλάσμα των διαθέσιμων νευρωνικών πληροφοριών.

Πρόσφατα, μια διεπιστημονική ομάδα ερευνητών από το Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Austin, το MIT και την Axoft, Inc., ανέπτυξαν μια μαλακή εμφυτεύσιμη συσκευή με δεκάδες αισθητήρες που μπορεί να καταγράφει σταθερά τη δραστηριότητα ενός νευρώνα στον εγκέφαλο για μήνες.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Νανοτεχνολογία Φύσης.

Έχουμε αναπτύξει διεπαφές εγκεφάλου-ηλεκτρονικών με ανάλυση ενός κυττάρου που είναι πιο συμβατές βιολογικά από τα παραδοσιακά υλικά. Αυτή η εργασία έχει τη δυνατότητα να φέρει επανάσταση στον σχεδιασμό της βιοηλεκτρονικής για νευρωνική καταγραφή και διέγερση, καθώς και για διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή».

Paul Le Floch, πρώτος συγγραφέας της εργασίας και πρώην μεταπτυχιακός φοιτητής στο εργαστήριο του Jia Liu, Επίκουρου Καθηγητή Βιομηχανικής στο SEAS

Ο Le Floch είναι επί του παρόντος ο Διευθύνων Σύμβουλος της Axoft, Inc, μιας εταιρείας που ιδρύθηκε το 2021 από τους Le Floch, Liu και Tianyang Ye, πρώην μεταπτυχιακό φοιτητή και μεταδιδακτορικό υπότροφο στο Park Group στο Χάρβαρντ. Το Γραφείο Ανάπτυξης Τεχνολογίας του Χάρβαρντ προστατεύει την πνευματική ιδιοκτησία που σχετίζεται με αυτήν την έρευνα και έχει παραχωρήσει άδεια χρήσης της τεχνολογίας στην Axoft για περαιτέρω ανάπτυξη.

Για να ξεπεραστεί η αντιστάθμιση μεταξύ του ρυθμού δεδομένων υψηλής ανάλυσης και της μακροζωίας, οι ερευνητές στράφηκαν σε μια ομάδα υλικών γνωστών ως φθοριούχα ελαστομερή. Τα φθοριούχα υλικά, όπως το τεφλόν, είναι ανθεκτικά, σταθερά στα βιορευστά, έχουν εξαιρετική μακροπρόθεσμη διλεκτική απόδοση και είναι συμβατά με τις τυπικές τεχνικές μικροκατασκευής.

Οι ερευνητές ενσωμάτωσαν αυτά τα φθοριούχα διηλεκτρικά ελαστομερή με στοίβες από μαλακά μικροηλεκτρόδια -. 64 αισθητήρες συνολικά -; να αναπτύξει έναν ανιχνευτή μακράς διαρκείας που είναι 10,000 φορές πιο μαλακός από τους συμβατικούς εύκαμπτους ανιχνευτές κατασκευασμένους από πλαστικά μηχανικής υλικών, όπως πολυιμίδιο ή παρυλένιο C.

Η ομάδα παρουσίασε τη συσκευή ίη νίνο, καταγραφή νευρωνικών πληροφοριών από τον εγκέφαλο και τον νωτιαίο μυελό ποντικών κατά τη διάρκεια αρκετών μηνών.

«Η έρευνά μας υπογραμμίζει ότι, μελετώντας προσεκτικά διάφορους παράγοντες, είναι εφικτός ο σχεδιασμός νέων ελαστομερών για μακροπρόθεσμα σταθερές νευρικές διεπαφές», δήλωσε ο Liu, ο οποίος είναι ο αντίστοιχος συγγραφέας της εργασίας. «Αυτή η μελέτη θα μπορούσε να επεκτείνει το εύρος των δυνατοτήτων σχεδιασμού για νευρωνικές διεπαφές».

Η διεπιστημονική ερευνητική ομάδα περιελάμβανε επίσης τους καθηγητές SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky και Zhigang Suo.

«Ο σχεδιασμός νέων νευρωνικών ανιχνευτών και διεπαφών είναι ένα πολύ διεπιστημονικό πρόβλημα που απαιτεί εξειδίκευση στη βιολογία, την ηλεκτρική μηχανική, την επιστήμη των υλικών, τη μηχανολογία και τη χημική μηχανική», δήλωσε ο Le Floch.

Η έρευνα συντάχθηκε από τους Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong, Andrew Spencer, Jongha Lee, Tianyang Ye, Xin Tang, Xiao Wang και Nanshu Lu.

Η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών μέσω του Κέντρου Επιστήμης και Μηχανικής Έρευνας Υλικών του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ Αρ. επιχορήγησης DMR-2011754.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Ενδυναμώστε τον εαυτό σας. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoESG. Ανθρακας, Cleantech, Ενέργεια, Περιβάλλον, Ηλιακός, Διαχείριση των αποβλήτων. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoHealth. Ευφυΐα βιοτεχνολογίας και κλινικών δοκιμών. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://www.news-medical.net/news/20240127/New-brain-implant-records-neuron-activity-for-months.aspx