211service.com
Mozková rozhraní vyrobená z hedvábí
Lékaři mohou umístit pole elektrod na povrch mozku, aby přesně určili zdroj epileptických záchvatů; pacienti mohou používat takové elektrody k ovládání kurzoru počítače. Ale stále není bezpečné ponechat tato zařízení v mozku dlouhodobě, a to je kvalita, kterou je třeba vyvinout, než výzkumníci vyvinou lepší rozhraní mozek-počítač.
Hedvábí na mozku: Tenké, flexibilní elektrody namontované na biodegradabilním hedvábném substrátu by mohly poskytnout lepší rozhraní mozek-stroj. Zařízení obepíná štěrbiny na povrchu mozku, jak je znázorněno na tomto modelu.
Nyní skupina výzkumníků staví biokompatibilní elektroniku na tenkých, flexibilních substrátech. Skupina doufá, že vytvoří neurální rozhraní, která provedou měření s vyšším rozlišením, než jaké je dnes k dispozici, aniž by došlo k podráždění nebo zjizvení mozkové tkáně.
Biokompatibilita je hlavní výzvou pro nové generace lékařských implantátů, říká Brian Litt , profesor neurologie a bioinženýrství na University of Pennsylvania Medical School. Chtěli jsme vyrobit zařízení, která jsou ultratenká a lze je vložit do mozku malými otvory v lebce a být vyrobeny z materiálů, které jsou biokompatibilní, říká. Litt spolupracuje s výzkumníky z University of Illinois v Urbana-Champaign, kteří staví vysoce výkonnou flexibilní elektroniku z křemíku a dalších konvenčních materiálů na substrátech biologicky odbouratelných, mechanicky pevných hedvábných filmů poskytnutých výzkumníky z Tufts University.
Tento týden v deníku Přírodní materiály , tým hlásí použití hedvábného elektrodového zařízení k měření elektrické aktivity z povrchu mozku u koček. Hedvábí je mechanicky pevné – to znamená, že filmy lze svinout a vložit malým otvorem v lebce – a přesto se může časem rozpustit na neškodné biomolekuly. Když je umístěn na mozkovou tkáň a navlhčen fyziologickým roztokem, hedvábný film se smrští a obalí kolem povrchu mozku a vnese s sebou elektrody do vrásek tkáně. Konvenční pole povrchových elektrod se do těchto štěrbin, které tvoří velkou část povrchu mozku, nedostanou.
Zařízení, jako je toto, by zcela otevřelo nové cesty ve všech neurovědách a klinických aplikacích, říká Gerwin Schalk , výzkumník z Wadsworth Center v Albany, NY, který není spojen se skupinou hedvábných elektrod. Předpokládám umístění zařízení na bázi hedvábí všude kolem mozku a získání nepřetržitého obrazu mozkových funkcí po dobu týdnů, měsíců nebo let ve vysokém prostorovém a časovém rozlišení.
Výhodou povrchových elektrod oproti implantovaným je, že nezpůsobují jizvy, říká Andrew Schwartz , profesor neurobiologie na University of Pittsburgh. V roce 2008 Schwartz prokázal, že opice s elektrodou v mozku může ovládat protetickou paži, aby se sama živila. Tento design je ještě lepší, protože má relativně malou velikost prvků a je flexibilní – díky tomu by mohly být tyto implantáty méně traumatické, říká. Co by bylo opravdu hezké, je, kdybyste mohli zesílit signál poblíž místa, kde jej zachycujete, abyste snížili šum, a multiplexovat signál, abyste snížili počet potřebných vodičů, říká Schwartz.
Výzkumníci v oblasti hedvábné elektroniky říkají, že je to jejich další krok a jeden z hlavních příslibů této technologie. Již předvedli tenká, flexibilní pole křemíkových tranzistorů postavená na hedvábí a testovali je na zvířatech – jen ještě ne v mozku. Schwartz říká, že další skupiny uznaly důležitost multiplexování a zesílení signálu, ale pracovaly s pevnými obvodovými deskami, které nejsou tak biokompatibilní. Přidání těchto aktivních komponent by snížilo počet drátů potřebných v těchto implantátech, které dnes vyžadují jeden drát na senzor. A aktivní zařízení by mohla reagovat na mozkovou aktivitu a poskytovat elektrické stimuly nebo uvolňovat drogy. (Jeden ze spolupracovníků na projektu hedvábí, David Kaplan na Tufts University prokázal, že hedvábná zařízení implantovaná do mozku malých zvířat mohou dodávat léky proti epilepsii.)
Přidání tranzistorů do elektroniky je v současnosti výzvou, říká John Rogers, profesor materiálové vědy a inženýrství na University of Illinois v Urbana-Champaign. Konstrukce elektrodového pole, o které jeho skupina zjistila, že je nejvíce kompatibilní s mozkovou tkání, je síťovina – pevné pláty nebudou tak účinně ovíjet mozkovou tkáň. A přidání křemíkových tranzistorů do sítě je obtížnější než to udělat na pevném substrátu. Přesto, říká Rogers, všechny hlavní části jsou na svém místě a je třeba je integrovat. S dalším vývojem a testováním, které prokáže, že zařízení jsou bezpečná, říká Rogers, doufáme, že to bude základ pro nová kvalitnější rozhraní mozek-stroj.