2010年4月26日

丝绸有助于制造超薄的大脑界面

柔性,带状电极附着在大脑的塑料模型上的照片 柔软的带状电极包裹在大脑模型上。 伊利诺伊大学J罗杰斯和C康威

科学家已经开发出一种记录装置,该装置基本上可以融化到位,紧密贴合大脑表面。这项新技术使机器与活组织之间的相互作用更加紧密,为更先进的可植入设备铺平了道路。

从大脑进行记录的最简单的设备是可以刺入大脑组织的针状电极。更先进的设备,称为微电极阵列,由数十个半挠性线状电极组成。这些通常固定在不符合大脑形状的刚性硅栅格上。理想的记录设备应符合复杂的曲面,同时在组织上施加最小的应力。

由宾夕法尼亚大学医学院的Brian Litt博士和伊利诺伊大学香槟分校的John Rogers博士领导的团队着手开发这种设备。他们的工作得到了美国国立卫生研究院国家神经疾病和中风研究所(NINDS),国家生物医学影像与生物工程研究所(NIBIB)等的支持。

科学家选择丝绸作为基础材料。丝绸具有足够的柔韧性和耐用性,可以承受操作。从植入后几乎立即到数年后,都可以对其进行改造,以避免激活免疫系统并以不同的速率溶解。

研究人员首先将30个电极阵列以5x6的图案放置在聚酰亚胺(一种柔性塑料)的超薄网格上。他们将各种厚度的阵列转移到丝膜上。然后,他们在复杂的物体,大脑模型以及最终在活的麻醉动物的大脑中测试了阵列。

该小组在《 自然材料 2010年4月18日,他们能够制造出超薄的柔性植入物,像收缩包裹物一样紧紧拥抱大脑,塌陷于其凹槽中,并在其圆形表面上伸展。丝基一旦与大脑接触,便会溶解,从而使阵列最终紧紧包裹住大脑。

研究人员在麻醉的猫身上测试了植入物,记录了大脑视觉中心响应视觉刺激而产生的信号。他们发现,与嵌入类似电子设备的较厚植入物相比,他们创建的超薄阵列可以更真实地记录大脑活动。

NINDS副主任Walter Koroshetz博士说:“这些植入物有可能最大化电极与大脑组织之间的接触,同时最大程度地减少对大脑的伤害。 “它们可以为癫痫,脊髓损伤和其他神经系统疾病中的各种设备提供平台。”

例如,对于患有癫痫病的人,该技术可用于检测癫痫发作的开始时间并传递脉冲以关闭癫痫发作。在患有脊髓损伤的人中,这些阵列可能会读取大脑中指导运动的复杂信号,然后将这些信号传递给健康的肌肉或假肢设备。

研究人员现在正在努力设计植入物,这些植入物被电极更密集地填充,以实现更高分辨率的记录。

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