Из-за сложности создания механических конструкций и пространственных ограничений мест имплантации по-прежнему сложно понять трехмерные (3D) сети мозга путем записи поверхностных и внутрикортикальных участков сигналов мозга. Существующие методы изучения нейронов в мозгу животных для лучшего понимания человека мозгиоднако все они имеют ограничения, от слишком инвазивного до недостаточного обнаружения информации.
Недавно созданное устройство с всплывающими электродами может собирать более подробные данные об отдельных нейронах и их взаимодействии друг с другом, снижая при этом риск повреждения тканей головного мозга. Это устройство, созданное учеными из Пенсильванского государственного университета, представляет собой складной и гибкий 3D-нейронный протез.
Устройство позволяет выполнять 3D-картографирование сложных нейронные цепи с высокой пространственно-временной динамикой от интракортикальной к корковой области. Он может отображать трехмерную нейронную передачу с помощью четырех сложно спроектированных гибких, проникающих стержней и массивов поверхностных электродов в одной интегрированной системе.
Ученые отметили, «В дополнение к уникальному дизайну, который появляется в трех измерениях после введения в мозг, в их устройстве также используется комбинация материалов, которые не использовались таким образом».
«В частности, они использовали полиэтиленгликоль, материал, который использовался ранее, в качестве биосовместимого покрытия для придания жесткости, что не является целью, для которой он использовался ранее».
Устройство должно быть жестким, чтобы его можно было вставить в мозг. Кроме того, он должен быть гибким, когда он находится в мозгу. Поэтому ученые использовали биоразлагаемое покрытие, которое обеспечивает жесткий внешний слой устройства. Этот жесткий слой растворяется, как только устройство оказывается в мозгу, восстанавливая первоначальную гибкость.
Соавтор Ки Джун Ю из Университета Йонсей в Республике Корея сказал: «Объединив материальную структуру и геометрию этого устройства, мы сможем получить информацию от мозга для изучения трехмерной связи нейронов».
Хуанью Ченг, Джеймс Л. Хендерсон, младший мемориальный адъюнкт-профессор инженерных наук и механики, сказал: «Мы демонстрируем потенциальные возможности выявления корреляций нейронной активности от интракортикальной области к областям коры посредством непрерывного мониторинга электрофизиологических сигналов. Мы также использовали структурные свойства устройства для записи синхронизированных сигналов одиночных спайков, вызванных однонаправленной общей стимуляцией усов».
«В дополнение к исследованиям на животных, некоторые приложения использования устройства могут быть операциями или лечением заболеваний, когда вам может не понадобиться извлекать устройство, но вы, безусловно, захотите убедиться, что устройство биосовместимо в течение длительного периода времени. . Полезно спроектировать структуру как можно меньше, мягче и пористее, чтобы мозговая ткань могла проникнуть и использовать устройство в качестве каркаса, чтобы расти поверх него, что приводит к гораздо лучшему выздоровлению. Мы также хотели бы использовать биоразлагаемый материал, который можно растворить после использования».
В настоящее время ученые с нетерпением ждут повторения конструкции, чтобы сделать ее полезной не только для лучшего понимания мозга, но и для операций и лечения заболеваний.
Ссылка на журнал:
- Lee, JY, Park, SH, Kim, Y. et al. Складные трехмерные массивы нейронных электродов для одновременного сопряжения с мозгом поверхности коры и внутрикортикальных мультислоев. npj Flex Электрон 6, 86 (2022). DOI: 10.1038/с41528-022-00219-у
