I ricercatori dimostrano interfacce cerebrali flessibili
Un nuovo progetto guidato da un team di ricercatori ha dimostrato come un’interfaccia neurale ultrasottile e flessibile possa essere impiantata nel cervello. L’interfaccia è composta da migliaia di elettrodi e può durare oltre sei anni.
I risultati sono stati pubblicati il mese scorso sulla rivista Science Translational Medicine . Il team di ricercatori comprende Jonathan Viventi, un assistente professore di ingegneria biomedica presso la Duke University; John Rogers, Louis Simpson e Kimberly Querrey professore di scienza e ingegneria dei materiali, ingegneria biomedica e chirurgia neurologica alla Northwestern University; e Bijan Pesaran, professore di scienze neurali alla New York University.
Sfide che circondano i sensori nel cervello
Viventi ha parlato della difficoltà di far funzionare i sensori nel cervello.
“Cercare di far funzionare questi sensori nel cervello è come lanciare il tuo smartphone pieghevole e flessibile nell’oceano e aspettarti che funzioni per 70 anni”, ha detto Viventi. “Tranne il fatto che stiamo realizzando dispositivi molto più sottili e molto più flessibili rispetto ai telefoni attualmente sul mercato. Questa è la sfida. “
Ci sono molte sfide difficili quando si tratta di introdurre oggetti estranei nel cervello. Devono poter esistere in un ambiente corrosivo e salato, i tessuti circostanti e il sistema immunitario attacca l’oggetto.
La difficoltà aumenta ancora di più quando si parla di dispositivi elettrici. La maggior parte dei dispositivi impiantabili a lungo termine sono chiusi ermeticamente con involucri in titanio saldati al laser.
“La costruzione di custodie di grandi dimensioni a tenuta stagna per questo tipo di impianti rappresenta un livello di sfida ingegneristica”, ha affermato Rogers. “Stiamo riportando qui lo sviluppo riuscito di materiali che forniscono livelli simili di isolamento, ma con membrane sottili e flessibili che sono cento volte più sottili di un foglio di carta.”
A causa della disposizione del cervello umano, lo spazio e la flessibilità sono estremamente importanti. Il cervello umano è costituito da decine di miliardi di neuroni, ma le interfacce neurali esistenti possono campionare solo un centinaio di siti. Questa specifica sfida ha portato il team di ricercatori a sviluppare nuovi approcci.
“È necessario spostare l’elettronica ai sensori stessi e sviluppare un’intelligenza locale in grado di gestire più segnali in entrata”, ha affermato Viventi. “Ecco come funzionano le fotocamere digitali. Puoi avere decine di milioni di pixel senza decine di milioni di fili perché molti pixel condividono gli stessi canali di dati “.
I ricercatori sono stati in grado di realizzare dispositivi neurali flessibili con uno spessore di 25 micrometri, costituiti da 360 elettrodi.
“Prima abbiamo provato un sacco di strategie. Il deposito di polimeri sottili quanto necessario ha comportato difetti che li hanno fatti fallire e i polimeri più spessi non avevano la flessibilità necessaria “, ha detto Viventi. “Ma finalmente abbiamo trovato una strategia che li supera tutti e ora li hanno fatti funzionare nel cervello.”
Strato di biossido di silicio
Il documento dimostra come uno strato di biossido di silicio di spessore inferiore a un micrometro, che è cresciuto termicamente, può aiutare a domare l’ambiente all’interno del cervello. Il tasso di degrado è di 0,46 nanometri al giorno, ma le piccole quantità possono dissolversi nel corpo senza creare problemi.
I ricercatori hanno anche dimostrato come gli elettrodi all’interno del dispositivo possano utilizzare il rilevamento capacitivo per rilevare l’attività neurale.
I nuovi sviluppi sono solo uno dei passi iniziali per promuovere questa tecnologia. Il team sta ora lavorando per aumentare il prototipo da 1.000 elettrodi a oltre 65.000.
“Uno dei nostri obiettivi è quello di creare un nuovo tipo di protesi visiva che interagisca direttamente con il cervello in grado di ripristinare almeno una certa capacità visiva per le persone con nervi ottici danneggiati”, ha detto Viventi. “Ma possiamo anche utilizzare questi tipi di dispositivi per controllare altri tipi di protesi o in una vasta gamma di progetti di ricerca sulle neuroscienze”.
