Непосредственно в мозг:трехмерный многофункциональный и гибкий нейронный интерфейс

Хотя измерение электрической активности нейронов полезно во многих дисциплинах, создание прочных имплантатов мозговых чипов, взаимодействующих с нейронами, с незначительными побочными эффектами оказалось сложной задачей. Теперь корейские ученые разработали гибкий многофункциональный нейроинтерфейс, способный не только регистрировать локальную активность мозга в режиме реального времени, но и доставлять постоянный поток лекарств по инновационным микрожидкостным каналам, снижая реакции тканей на чип. Их конструкция может найти широкое применение в неврологии и нейромедицине.

Возможность измерять электрическую активность мозга помогла нам лучше понять процессы, функции и болезни мозга за последние десятилетия. До сих пор большая часть этой активности измерялась с помощью электродов, размещенных на коже головы (с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ)); однако возможность получать сигналы непосредственно из самого мозга (через нейронные интерфейсные устройства) во время повседневной жизнедеятельности может вывести нейронауку и нейромедицину на совершенно новый уровень. Серьезным препятствием для этого плана является то, что, к сожалению, реализация нейронных интерфейсов оказалась чрезвычайно сложной задачей.

Материалы, используемые в крохотных электродах, контактирующих с нейронами, а также во всех соединителях, должны быть гибкими, но достаточно прочными, чтобы выдерживать относительно суровые условия в организме. Предыдущие попытки разработать долговечные мозговые интерфейсы оказались сложными, поскольку естественные биологические реакции организма, такие как воспаление, со временем ухудшают электрические характеристики электродов. Но что, если бы у нас был какой-то практичный способ локального введения противовоспалительных препаратов там, где электроды соприкасаются с мозгом?

Команда исследователей разработала новый многофункциональный мозговой интерфейс, который может одновременно регистрировать активность нейронов и доставлять жидкие лекарства к месту имплантации. В отличие от существующих жестких устройств, их конструкция имеет гибкую трехмерную структуру, в которой массив микроигл используется для сбора нескольких нейронных сигналов в определенной области, а тонкие металлические проводящие линии передают эти сигналы во внешнюю цепь. Одним из наиболее примечательных аспектов этого исследования является то, что путем стратегического укладки и микрообработки нескольких полимерных слоев ученым удалось включить микрожидкостные каналы в плоскости, параллельной проводящим линиям. Эти каналы соединены с небольшим резервуаром (в котором находятся лекарства для введения) и могут обеспечивать постоянный поток жидкости к микроиглам.

Команда проверила свой подход в экспериментах с мозговым интерфейсом на живых крысах, после чего был проведен анализ концентрации препарата в ткани вокруг игл.

Разработка надежных многофункциональных мозговых интерфейсов имеет значение для многих дисциплин. «Наше устройство может подойти для интерфейсов мозг-машина, которые позволяют парализованным людям двигать роботизированными руками или ногами, используя свои мысли, а также для лечения неврологических заболеваний с помощью электрической и/или химической стимуляции в течение многих лет», — сказал доктор Ю На Кан из Корейский институт машин и материалов.