Ez a grafén alapú agyimplantátum mélyen az agyba nézhet a felszínéről

Módszerek keresése az invazivitásának csökkentésére agyi implantátumok nagymértékben kibővíthetik potenciális alkalmazásukat. Egy egereken tesztelt új eszköz, amely az agy felszínén helyezkedik el – de még mindig képes leolvasni a mélyen belüli aktivitást – biztonságosabb és hatékonyabb módszert jelenthet az idegi aktivitás leolvasására.

Már számos olyan technológia létezik, amely lehetővé teszi számunkra, hogy betekintsünk az agy belső működésébe, de mindegyiknek vannak korlátai. A minimálisan invazív megközelítések közé tartozik funkcionális MRI, ahol MRI szkennert használnak az agy véráramlásának változásainak ábrázolására, és EEG, ahol a fejbőrre helyezett elektródák segítségével veszik fel az agy elektromos jeleit.

Az előbbi azonban megköveteli, hogy a páciens egy MRI-készülékben üljön, az utóbbi pedig túl pontatlan a legtöbb alkalmazáshoz. Az arany standard megközelítés magában foglalja az elektródák mélyen az agyszövetbe történő behelyezését a legjobb minőségű leolvasás érdekében. Ez azonban kockázatos sebészeti beavatkozást igényel, és a hegesedés és az elektródák elkerülhetetlen elmozdulása a jel idővel romlásához vezethet.

Egy másik megközelítés szerint elektródákat helyeznek az agy felszínére, ami kevésbé kockázatos, mint a mélyagyi implantátumok, de nagyobb pontosságot biztosít, mint a nem invazív megközelítések. De általában ezek az eszközök csak az agy külső rétegeiben lévő neuronok aktivitását tudják leolvasni.

A kutatók most egy vékony, átlátszó felületű implantátumot fejlesztettek ki grafénből készült elektródákkal, amelyek képesek leolvasni az agy mélyén zajló idegi aktivitást. A megközelítés a gépi tanulásra támaszkodik, hogy feltárja a külső rétegekben lévő jelek és a messze a felszín alatt lévő jelek közötti kapcsolatokat.

"Ezzel a technológiával bővítjük az idegi felvételek térbeli hatókörét" - mondta Duygu Kuzum, a San Diego-i Egyetem professzora. sajtóközleményt. "Bár az implantátumunk az agy felszínén található, kialakítása túlmutat a fizikai érzékelés határain, mivel mélyebb rétegekből is képes következtetni az idegi aktivitásra."

Maga az eszköz egy vékony polimer szalagból készül, amelybe sűrű, mindössze 20 mikrométer átmérőjű, apró grafénelektródák vannak beágyazva, és ultravékony grafénhuzalokkal vannak összekötve egy áramköri lappal. A grafénelektródák ilyen méretűre zsugorítása komoly kihívást jelent a szerzők szerint, mivel megnöveli az impedanciájukat és kevésbé érzékenyek. Ezt úgy sikerült megkerülniük, hogy egyedi gyártási technikával platinarészecskéket raktak le az elektródákra, hogy fokozzák az elektronáramlást.

Lényeges, hogy mind az elektródák, mind a polimer csík átlátszóak. Amikor a csapat egerekbe ültette be az eszközt, a kutatóknak sikerült lézerfényt besugározniuk az implantátumon keresztül, hogy az állatok agyában mélyebben leképezzék a sejteket. Ez lehetővé tette, hogy egyszerre elektromosan rögzítsenek a felszínről és optikailag a mélyebb agyterületekről.

Ezekben a felvételekben a csapat összefüggést fedezett fel a külső és a belső rétegek aktivitása között. Ezért úgy döntöttek, megnézik, hogy a gépi tanulás segítségével megjósolhatják-e az egyiket a másikból. Mesterséges neurális hálózatot képeztek ki a két adatfolyamon, és felfedezték, hogy megjósolhatja a kalciumionok aktivitását – az idegi aktivitás indikátorát – az agy mélyebb régióiban lévő neuronpopulációkban és egyetlen sejtben.

Az optikai módszerek alkalmazása az agyi aktivitás mérésére hatékony technika, de megköveteli, hogy az alany fejét mikroszkóp alatt rögzítsék, és a koponyát nyitva kell hagyni, így nem praktikus a jelek leolvasása reális helyzetekben. Ha pusztán a felületi elektromos leolvasások alapján megjósolhatjuk ugyanazt az információt, az nagymértékben bővítené a gyakorlatiasságot.

"Technológiánk lehetővé teszi olyan hosszabb időtartamú kísérletek elvégzését, amelyekben az alany szabadon mozoghat és összetett viselkedési feladatokat hajthat végre" - mondta Mehrdad Ramezani, a tanulmány társszerzője. papír be Természet Nanotechnológia a kutatásról. "Ez átfogóbb megértést biztosíthat az idegi tevékenységről dinamikus, valós forgatókönyvekben."

A technológia azonban még mindig nagyon messze van az emberi felhasználástól. Jelenleg a csapat csak azt bizonyította, hogy képes megtanulni az egyes egerekben rögzített optikai és elektromos jelek közötti összefüggéseket. Nem valószínű, hogy ezt a modellt fel lehetne használni a mély agyi aktivitás előrejelzésére egy másik egér felszíni jelei alapján, nem is beszélve egy személyről.

Ez azt jelenti, hogy minden egyénnek át kell esnie a meglehetősen invazív adatgyűjtési folyamaton, mielőtt a megközelítés működne. A szerzők elismerik, hogy többet kell tenni annak érdekében, hogy magasabb szintű kapcsolatokat találjanak az optikai és elektromos adatok között, amelyek lehetővé tennék a modellek általánosítását az egyének között.

De tekintettel az agyból mind az optikai, mind az elektromos leolvasásokhoz szükséges technológia gyors fejlődésére, nem telik el sokáig, amíg a megközelítés megvalósíthatóbbá válik. És végül jobb egyensúlyt teremthet a hűség és az invazivitás között, mint a versengő technológiák.

Kép jóváírása: Egy vékony, átlátszó, rugalmas agyimplantátum az agy felszínén helyezkedik el, hogy elkerülje annak károsodását, de az AI segítségével még mindig képes következtetni a felszín alatti aktivitásra. David Baillot/UC San Diego Jacobs Mérnöki Iskola

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
• PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://singularityhub.com/2024/01/11/this-graphene-based-brain-implant-can-peer-deep-into-the-brain-from-its-surface/