Nowy implant mózgowy rejestruje aktywność neuronów przez miesiące

Rejestrowanie aktywności dużych populacji pojedynczych neuronów w mózgu przez długie okresy czasu ma kluczowe znaczenie dla lepszego zrozumienia obwodów neuronowych, umożliwienia nowych terapii opartych na urządzeniach medycznych, a w przyszłości dla interfejsów mózg-komputer wymagających wysokich rezolucja. Informacje elektryczne.

Jednak obecnie istnieje kompromis pomiędzy ilością informacji o wysokiej rozdzielczości, które może zmierzyć wszczepione urządzenie, a czasem trwania jego rejestracji lub stymulacji. Solidne silikonowe implanty z wieloma czujnikami mogą zebrać wiele informacji, ale nie mogą pozostać w organizmie zbyt długo. Mniejsze, elastyczne urządzenia są mniej inwazyjne i mogą trwać dłużej w mózgu, ale dostarczają tylko niewielką część dostępnej informacji neuronowej.

Niedawno interdyscyplinarny zespół naukowców z Harvard John Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) we współpracy z Uniwersytetem Teksasu w Austin, MIT i Axoft opracował miękkie wszczepialne urządzenie zawierające dziesiątki czujników. Może rejestrować aktywność pojedynczych neuronów w mózgu stabilnie przez miesiące.

Badanie opublikowano w Nanotechnologia natury.

Opracowaliśmy interfejsy mózg-elektronika o rozdzielczości pojedynczej komórki, które są bardziej biokompatybilne niż konwencjonalne materiały. Praca ta może zrewolucjonizować projektowanie bioelektroniki do nagrywania, stymulacji neuronowej i interfejsów mózg-komputer.

Paul Le Floc, pierwszy autor artykułu i były absolwent w laboratorium Jia Liu, adiunkt bioinżynierii w SEAS

Le Floch jest obecnie dyrektorem generalnym Axoft, Inc, firmy założonej w 2021 roku przez Le Flocha, Liu i Tianyang Ye, byłego studenta i stażystę podoktorskiego w Park Group na Uniwersytecie Harvarda. Biuro ds. Rozwoju Technologii Uniwersytetu Harvarda chroniło własność intelektualną związaną z tymi badaniami i udzieliło firmie Axoft licencji na dalszy rozwój technologii.

Aby przezwyciężyć kompromis między szybkością transmisji danych w wysokiej rozdzielczości a trwałością, badacze sięgnęli po grupę materiałów zwanych fluoroplastami. Materiały fluorowane, takie jak teflon, są elastyczne i stabilne w płynach biologicznych, mają doskonałe długoterminowe właściwości dielektryczne i są kompatybilne ze standardowymi technikami mikrofabrykacji.

Naukowcy połączyli fluorowane elastomery izolacyjne ze stosami miękkich mikroelektrod; Łącznie 64 czujniki -; Opracowanie trwałej sondy, która jest 10 000 razy bardziej miękka niż tradycyjne elastyczne sondy wykonane z tworzyw konstrukcyjnych, takich jak poliimid lub parylen-C.

Zespół zademonstrował urządzenie Na żyworejestrując informacje neuronowe z mózgu i rdzenia kręgowego myszy w ciągu kilku miesięcy.

„Nasze badania podkreślają, że dzięki starannemu projektowaniu różnych parametrów możliwe jest zaprojektowanie nowych materiałów elastomerowych dla długoterminowo stabilnych interfejsów neuronowych” – powiedział Liu, który jest autorem korespondencyjnym tego artykułu. „To badanie mogłoby poszerzyć możliwości projektowania interfejsów neuronowych”.

W interdyscyplinarnym zespole badawczym znaleźli się także profesorowie SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinski i Zhigang Su.

„Projektowanie nowych czujników i interfejsów neuronowych to problem wysoce interdyscyplinarny, który wymaga wiedzy specjalistycznej z biologii, elektrotechniki, inżynierii materiałowej oraz inżynierii mechanicznej i chemicznej” – powiedział Le Floc.

Współautorami artykułu są Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Chen, Ziliang Wang, Junsu Kim, Hao Sheng, Sebastian Bartariu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsoo Park, Xian Gong i Andrzej. Spencer, Jongha Li, Tianyang Yi, Shen Tang, Xiao Wang i Nanzhou Lu.

Prace zostały wsparte przez National Science Foundation w ramach grantu nr DMR-2011754 z Centrum Badań nad Materiałami Uniwersytetu Harvarda.