211service.com
Smegenų sąsajos, pagamintos iš šilko
Gydytojai gali įdėti elektrodų matricas ant smegenų paviršiaus, kad tiksliai nustatytų epilepsijos priepuolių šaltinį; pacientai tokiais elektrodais gali valdyti kompiuterio žymeklį. Tačiau vis tiek nėra saugu ilgam laikui palikti šiuos įrenginius smegenyse, ir tai yra kokybė, kurią reikia tobulinti, kad mokslininkai galėtų sukurti geresnes smegenų ir kompiuterio sąsajas.
Šilkas ant smegenų: Ploni, lankstūs elektrodai, sumontuoti ant biologiškai skaidaus šilko pagrindo, galėtų užtikrinti geresnę smegenų ir mašinos sąsają. Prietaisas apgaubia įtrūkimus smegenų paviršiuje, kaip parodyta šiame modelyje.
Dabar grupė mokslininkų kuria biologiškai suderinamą elektroniką ant plonų, lanksčių substratų. Grupė tikisi sukurti neuronines sąsajas, kuriose būtų atliekami didesnės skiriamosios gebos matavimai nei šiandien, nedirgindamos ar nerandant smegenų audinio.
Biologinis suderinamumas yra didelis iššūkis naujoms medicininių implantų kartoms, sako Brianas Litas , Pensilvanijos universiteto medicinos mokyklos neurologijos ir bioinžinerijos profesorius. Norėjome sukurti prietaisus, kurie būtų itin ploni ir gali būti įkišti į smegenis per mažas skylutes kaukolėje, ir būtų pagaminti iš biologiškai suderinamų medžiagų, sako jis. Litt dirba su Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign tyrėjais, kurie iš silicio ir kitų įprastų medžiagų kuria didelio našumo lanksčią elektroniką ant biologiškai skaidžių, mechaniškai stiprių šilko plėvelių substratų, kuriuos pateikė Tuftso universiteto mokslininkai.
Šią savaitę žurnale Gamtos medžiagos , komanda praneša, kad naudojo šilko elektrodo prietaisą elektriniam aktyvumui iš kačių smegenų paviršiaus matuoti. Šilkas yra mechaniškai tvirtas – tai reiškia, kad plėveles galima suvynioti ir įkišti per mažą skylutę kaukolėje – tačiau laikui bėgant gali ištirpti į nekenksmingas biomolekules. Kai jis uždedamas ant smegenų audinio ir sudrėkinamas fiziologiniu tirpalu, šilko plėvelė susitrauks ir apvynios smegenų paviršių, kartu su elektrodus patekdama į audinio raukšles. Įprastos paviršiaus elektrodų matricos negali pasiekti šių plyšių, kurie sudaro didelę smegenų paviršiaus ploto dalį.
Toks prietaisas visiškai atvertų naujas galimybes visose neurologijos ir klinikinėse srityse, sakoma Gervinas Šalkas , Wadsworth centro Olbanyje, NY, tyrinėtojas, nesusijęs su šilko elektrodų grupe. Aš tikiu, kad smegenyse bus įrengtas šilko pagrindu pagamintas prietaisas ir gaunamas nenutrūkstamas smegenų funkcijos vaizdas savaites, mėnesius ar metus, esant didelei erdvinei ir laiko skyrai.
Paviršinių elektrodų pranašumas prieš implantuotus yra tas, kad jie nesukelia randų, sako Andrius Švarcas , Pitsburgo universiteto neurobiologijos profesorius. 2008 m. Schwartzas pademonstravo, kad beždžionė, kurios smegenyse yra elektrodas, gali valdyti rankos protezą, kad galėtų maitintis. Šis dizainas yra dar geresnis, nes jis turi palyginti mažą elementų dydį ir yra lankstus – dėl to šie implantai gali būti mažiau traumuojami, sako jis. Iš tikrųjų būtų puiku, jei galėtumėte sustiprinti signalą šalia jo ėmimo vietos, kad sumažintumėte triukšmą, ir sutankinti signalą, kad sumažintumėte reikalingų laidų skaičių, sako Schwartzas.
Šilko elektronikos tyrinėtojai teigia, kad tai yra kitas jų žingsnis ir vienas iš pagrindinių šios technologijos pažadų. Jie jau pademonstravo plonas, lanksčias silicio tranzistorių matricas, sukurtas ant šilko, ir išbandė jas su gyvūnais – tik dar ne smegenyse. Schwartzas teigia, kad kitos grupės pripažino tankinimo ir signalo stiprinimo svarbą, tačiau dirbo su standžiomis plokštėmis, kurios nėra tokios biologiškai suderinamos. Pridėjus šiuos aktyvius komponentus, sumažėtų šiuose implantuose reikalingų laidų, kuriems šiandien reikia vieno laido vienam jutikliui, skaičius. Ir aktyvūs prietaisai gali reaguoti į smegenų veiklą, kad suteiktų elektrinius dirgiklius arba išleistų vaistus. (Vienas iš šilko projekto bendradarbių, Davidas Kaplanas Tufts universitete įrodė, kad mažiems gyvūnams į smegenis implantuoti šilko prietaisai gali tiekti vaistus nuo epilepsijos.)
Tranzistorių įtraukimas į elektroniką šiuo metu yra dizaino iššūkis, sako Johnas Rogersas, Ilinojaus universiteto Urbana-Champaign medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorius. Jo grupė nustatė, kad elektrodų matricos dizainas labiausiai suderinamas su smegenų audiniais yra tinklelis – kieti lakštai neapvynios smegenų audinio taip efektyviai. Silicio tranzistorių pridėti prie tinklelio yra sunkiau nei tai padaryti ant kieto pagrindo. Vis dėlto, sako Rogersas, visos pagrindinės dalys yra savo vietose ir tiesiog jas reikia integruoti. Toliau tobulinant ir bandant įrodyti, kad įrenginiai yra saugūs, sako Rogersas, tikimės, kad tai bus naujų aukštesnės kokybės smegenų ir mašinų sąsajų pagrindas.