- 194
- 0
Новый тип микроэлектродов может изменить подход врачей к лечению неврологических расстройств
Исследователи из Университета Карнеги-Меллона изобрели новый тип массива микроэлектродов для платформ интерфейса мозг-компьютер. Открытие может изменить подход в лечении неврологических расстройств.
Напечатанная на 3D-принтере в наномасштабе матрица микроэлектродов сверхвысокой плотности (MEA) полностью настраиваема. Это означает, что однажды пациенты, страдающие эпилепсией или потерей функций конечностей из-за инсульта, смогут получить персонализированное лечение, оптимизированное для их индивидуальных потребностей.
Сотрудничество объединяет опыт Рахула Паната, доцента машиностроения, и Эрика Иттри, доцента биологических наук. Команда применила новейшую технику микропроизводства, аэрозольную струйную 3D-печать, для производства массивов, которые решили основные барьеры использования других массивов интерфейса мозг-компьютер (BCI).
Результаты были опубликованы в журнале Science Advances.
Аэрозольная струйная 3D-печать давала три основных преимущества:
- Пользователи могут настраивать платформу в соответствии с конкретными потребностями;
-
Электроды могут работать в мозгу в трех измерениях;
-
Плотность массива электродов увеличивается и, следовательно, становится более надежной.
Об этом рассказал Рахул Панат, адъюнкт-профессор машиностроения, Университет Карнеги-Меллон.
Новая платформа соединяет нейроны мозга с внешней электроникой мониторинга или стимуляции активности мозга. Подобные платформы часто используются в таких приложениях, как нейропротезные устройства, искусственные конечности и визуальные имплантаты для передачи информации от мозга к конечностям, которые потеряли функциональность. Однако новая разработка также может быть применена в лечении неврологических заболеваний, таких как эпилепсия, депрессия и обсессивно-компульсивное расстройство в то время как существующие ныне устройства имеют ограничения.
Существует два типа популярных устройств.
Самым старым является массив Юта, разработанный в Университете Юты и запатентованный в 1993 году. В этом массиве на основе из силикона расположено поле крошечных штифтов или хвостовиков, которые можно помещать непосредственно в мозг для обнаружения электрического разряда от нейронов в наконечник каждой микро-«иголочки».
Другой тип — массив Мичигана, который печатается на плоских тонких силиконовых чипах. Он считывает электроны, простреливающие чипы.
Из-за конструктивных ограничений оба этих массива могут записывать данные только в двумерной плоскости. Это означает, что их нельзя настроить в соответствии с потребностями каждого пациента или применения.
Наиболее важным аспектом нового устройства является его способность трехмерного отбора проб, которая ограничена плотностью микроэлектродов в массиве и возможностью размещения этих массивов в точном месте, из которого необходимо получить сигнал или в котором важно измерить параметры. Добавление третьего измерения значительно увеличивает возможности использования массива. Кроме того, устройства, изготавливаемые по индивидуальному заказу для каждого конкретного приложения, позволяют получать более точные и достоверные показания.
«Теперь стало возможным в течение нескольких дней изготовить прецизионное медицинское устройство, адаптированное к потребностям пациента или экспериментатора», — говорит Иттри, соавтор исследования. Кроме того, в то время как такие технологии, как стимуляция зрительной коры и управление искусственными конечностями, успешно используются общественностью, возможность персонализировать систему управления в мозге может проложить путь к огромному прогрессу в этой области.
Панат предсказывает, что для испытаний на людях может потребоваться пять лет, а для коммерческого использования — еще больше. Команда рада представить этот успешный процесс другим исследователям в этой области, чтобы начать тестирование широкого спектра приложений.
Ожидается получение патента на архитектуру и метод производства. Следующим шагом, по словам Паната, является работа с Национальными институтами здравоохранения (NIH) и другими деловыми партнерами, чтобы как можно быстрее передать результаты исследования другим лабораториям и подать заявку на финансирование для коммерциализации этой технологии.
Исследование финансируется инициативой NIH «Исследования мозга посредством продвижения инновационных нейротехнологий» (BRAIN).
