Bộ cấy ghép não dựa trên graphene này có thể nhìn sâu vào não từ bề mặt của nó

Bộ cấy ghép não dựa trên graphene này có thể nhìn sâu vào não từ bề mặt của nó

Dấu thời gian: 11:2024 chiều ngày 2 tháng 45 năm XNUMX
Bộ cấy ghép não dựa trên graphene này có thể nhìn sâu vào não từ trí tuệ dữ liệu PlatoBlockchain bề mặt của nó. Tìm kiếm dọc. Ái.

Tìm giải pháp hạn chế sự xâm lấn của cấy ghép não có thể mở rộng đáng kể các ứng dụng tiềm năng của chúng. Một thiết bị mới được thử nghiệm trên chuột nằm trên bề mặt não nhưng vẫn có thể đọc hoạt động sâu bên trong có thể mang lại những cách đọc hoạt động thần kinh an toàn và hiệu quả hơn.

Hiện đã có nhiều công nghệ cho phép chúng ta quan sát hoạt động bên trong của não, nhưng tất cả chúng đều có những hạn chế. Các phương pháp xâm lấn tối thiểu bao gồm MRI chức năng, trong đó máy quét MRI được sử dụng để ghi lại hình ảnh những thay đổi của lưu lượng máu trong não và EEG, nơi các điện cực đặt trên da đầu được sử dụng để thu tín hiệu điện của não.

Tuy nhiên, phương pháp trước yêu cầu bệnh nhân phải ngồi trong máy MRI và phương pháp thứ hai quá không chính xác đối với hầu hết các ứng dụng. Phương pháp tiêu chuẩn vàng bao gồm việc đưa các điện cực sâu vào mô não để thu được kết quả chất lượng cao nhất. Nhưng điều này đòi hỏi một quy trình phẫu thuật đầy rủi ro, sẹo và sự dịch chuyển không thể tránh khỏi của các điện cực có thể dẫn đến suy giảm tín hiệu theo thời gian.

Một phương pháp khác liên quan đến việc đặt các điện cực lên bề mặt não, phương pháp này ít rủi ro hơn so với cấy ghép não sâu nhưng mang lại độ chính xác cao hơn so với các phương pháp không xâm lấn. Nhưng thông thường, các thiết bị này chỉ có thể đọc hoạt động từ các tế bào thần kinh ở các lớp bên ngoài của não.

Giờ đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một bộ cấy có bề mặt mỏng, trong suốt với các điện cực làm từ graphene có thể đọc được hoạt động thần kinh sâu trong não. Cách tiếp cận này dựa vào học máy để khám phá mối quan hệ giữa các tín hiệu ở các lớp bên ngoài và những tín hiệu ở sâu bên dưới bề mặt.

Duygu Kuzum, giáo sư tại UC San Diego, người đứng đầu nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi đang mở rộng phạm vi không gian của các bản ghi thần kinh bằng công nghệ này”. một thông cáo báo chí. “Mặc dù bộ cấy của chúng tôi nằm trên bề mặt não, nhưng thiết kế của nó vượt xa giới hạn của cảm biến vật lý ở chỗ nó có thể suy ra hoạt động thần kinh từ các lớp sâu hơn”.

Bản thân thiết bị này được chế tạo từ một dải polymer mỏng được nhúng với một dãy dày đặc các điện cực graphene nhỏ có đường kính chỉ 20 micromet và được kết nối bằng dây graphene siêu mỏng với một bảng mạch. Các tác giả cho biết, việc thu nhỏ các điện cực graphene đến kích thước này là một thách thức đáng kể vì nó làm tăng trở kháng và khiến chúng kém nhạy hơn. Họ giải quyết vấn đề này bằng cách sử dụng kỹ thuật chế tạo riêng để lắng đọng các hạt bạch kim lên các điện cực nhằm tăng cường dòng điện tử.

Điều quan trọng là cả điện cực và dải polymer đều trong suốt. Khi nhóm cấy thiết bị này vào chuột, các nhà nghiên cứu có thể chiếu ánh sáng laser qua thiết bị cấy ghép để ghi lại hình ảnh các tế bào sâu hơn trong não của động vật. Điều này giúp có thể ghi đồng thời điện từ bề mặt và quang học từ các vùng não sâu hơn.

Trong những bản ghi âm này, nhóm nghiên cứu đã phát hiện ra mối tương quan giữa hoạt động ở các lớp bên ngoài và các lớp bên trong. Vì vậy, họ quyết định xem liệu họ có thể sử dụng máy học để dự đoán cái này với cái kia hay không. Họ đã đào tạo một mạng lưới thần kinh nhân tạo trên hai luồng dữ liệu và phát hiện ra rằng nó có thể dự đoán hoạt động của các ion canxi – một chỉ số về hoạt động thần kinh – trong quần thể tế bào thần kinh và tế bào đơn lẻ ở các vùng sâu hơn của não.

Sử dụng các phương pháp quang học để đo hoạt động của não là một kỹ thuật mạnh mẽ nhưng nó đòi hỏi đầu của đối tượng phải được cố định dưới kính hiển vi và hộp sọ vẫn mở, khiến việc đọc tín hiệu trong các tình huống thực tế là không thực tế. Việc có thể dự đoán thông tin tương tự chỉ dựa trên số liệu điện trên bề mặt sẽ mở rộng đáng kể tính thực tiễn.

Mehrdad Ramezani, đồng tác giả đầu tiên của nghiên cứu, cho biết: “Công nghệ của chúng tôi cho phép tiến hành các thử nghiệm trong thời gian dài hơn, trong đó đối tượng có thể tự do di chuyển và thực hiện các nhiệm vụ hành vi phức tạp”. giấy trong Công nghệ nano tự nhiên về nghiên cứu. “Điều này có thể cung cấp sự hiểu biết toàn diện hơn về hoạt động thần kinh trong các tình huống thực tế, năng động.”

Tuy nhiên, công nghệ này vẫn còn lâu mới được sử dụng ở người. Hiện tại, nhóm nghiên cứu mới chỉ chứng minh được khả năng tìm hiểu mối tương quan giữa tín hiệu quang và điện được ghi lại ở từng con chuột. Mô hình này khó có thể được sử dụng để dự đoán hoạt động sâu của não từ các tín hiệu bề mặt ở một con chuột khác chứ chưa nói đến con người.

Điều đó có nghĩa là tất cả các cá nhân sẽ phải trải qua quá trình thu thập dữ liệu khá phức tạp trước khi phương pháp này có hiệu quả. Các tác giả thừa nhận cần phải làm nhiều việc hơn để tìm ra các kết nối ở cấp độ cao hơn giữa dữ liệu quang và điện để cho phép các mô hình khái quát hóa giữa các cá nhân.

Nhưng với những cải tiến nhanh chóng về công nghệ cần thiết để thực hiện cả việc đọc quang học và điện từ não, có thể không lâu nữa phương pháp này sẽ trở nên khả thi hơn. Và cuối cùng nó có thể đạt được sự cân bằng tốt hơn giữa độ trung thực và tính xâm lấn so với các công nghệ cạnh tranh.

Tín dụng hình ảnh: Một bộ cấy ghép não mỏng, trong suốt, linh hoạt nằm trên bề mặt não để tránh làm hỏng nó, nhưng với sự trợ giúp của AI, nó vẫn có thể suy ra hoạt động sâu bên dưới bề mặt. David Baillot/Trường Kỹ thuật UC San Diego Jacobs

Dấu thời gian:

Thêm từ Trung tâm cá biệt