Naujas iššokantis elektrodas galėtų surinkti išsamesnės informacijos apie smegenis


Nervų sąsajos supratimas smegenyse yra labai svarbus norint suprasti senėjimą, mokymąsi, ligos progresavimą ir kt. Tačiau esami gyvūnų smegenų neuronų tyrimo metodai, siekiant geriau suprasti žmogaus smegenis, turi apribojimų – nuo ​​pernelyg invazinių iki nepakankamo informacijos aptikimo. Naujai sukurtas iššokantis elektrodas galėtų surinkti išsamesnę informaciją apie atskirus neuronus ir jų sąveiką tarpusavyje, tuo pačiu apribojant smegenų audinio pažeidimo galimybę.

Tyrėjai, kuriems kartu vadovavo Huanyu „Larry“ Chengas, Jamesas L. Hendersonas, Inžinerijos koledžo inžinerijos mokslo ir mechanikos docentas jaunesnysis, paskelbė savo rezultatus npj lanksti elektronika.

Sunku suprasti ryšį tarp daugybės neuronų ląstelių smegenyse. Anksčiau žmonės sukūrė įrenginį, kuris dedamas tiesiai ant žievės, kad aptiktų informaciją apie paviršinį sluoksnį, kuris yra mažiau invazinis. Tačiau neįdėjus prietaiso į smegenis, sunku aptikti tarpžievės informaciją.

Huanyu “Larry” Cheng

Reaguodami į šį apribojimą, mokslininkai sukūrė zondo pagrindu pagamintus elektrodus, kurie įterpiami į smegenis. Šio metodo problema yra ta, kad neįmanoma gauti 3D neuronų ir smegenų išdėstymo neatlikus kelių zondų, kuriuos sunku pastatyti ant lankstaus paviršiaus ir kurie pernelyg kenktų smegenų audiniui.

„Siekdami išspręsti šią problemą, naudojame iššokančiųjų langų dizainą“, – sakė Chengas. “Mes galime pagaminti jutiklių elektrodus, kurių skiriamoji geba ir našumas yra panašūs į esamus gaminius. Tačiau tuo pat metu galime juos įtraukti į 3D geometriją prieš juos įterpiant į smegenis. Jie panašūs į vaikiškas iššokančias knygas. : turite plokščią formą, tada pritaikote gniuždymo jėgą. Tai paverčia 2D vaizdą į 3D. Tai suteikia 3D įrenginį, kurio našumas panašus į 2D.

Tyrėjai teigė, kad be unikalaus dizaino, kuris po įterpimo į smegenis iškyla į tris dimensijas, jų įrenginyje taip pat naudojamas medžiagų derinys, kuris anksčiau nebuvo naudojamas šiuo konkrečiu būdu. Konkrečiai, jie naudojo polietilenglikolį, medžiagą, kuri buvo naudojama anksčiau, kaip biologiškai suderinamą dangą, kad sukurtų standumą, o tai nėra paskirtis, kuriai ji buvo naudojama anksčiau.

„Kad prietaisas būtų įkištas į smegenis, jis turi būti standus, bet po to, kai prietaisas yra smegenyse, jis turi būti lankstus“, – sakė korespondencijos autorius Ki Jun Yu iš Yonsei universiteto Korėjos Respublikoje. “Taigi mes naudojome biologiškai skaidžią dangą, kuri suteikia standų išorinį įrenginio sluoksnį. Kai prietaisas yra smegenyse, ta standi danga ištirpsta ir atkuria pradinį lankstumą. Paėmę medžiagos struktūrą ir šio įrenginio geometriją, mes galės gauti įvestį iš smegenų, kad galėtų ištirti 3D neuronų ryšį.

Kiti tyrimo žingsniai apima dizaino kartojimą, kad jis būtų naudingas ne tik siekiant geriau suprasti smegenis, bet ir atliekant operacijas bei ligų gydymą.

“Be tyrimų su gyvūnais, kai kurie prietaiso naudojimo būdai gali būti operacijos ar ligų gydymas, kai jums gali nereikėti ištraukti įrenginio, bet jūs tikrai norite įsitikinti, kad prietaisas yra biologiškai suderinamas ilgą laiką. “, – sakė Cheng. „Naudinga sukurti kuo mažesnę, minkštesnę ir poringesnę struktūrą, kad smegenų audinys galėtų prasiskverbti į vidų ir galėtų naudoti prietaisą kaip pastolius augti ant jo, o tai lemtų daug geresnį atsigavimą. taip pat norėtų naudoti biologiškai skaidžią medžiagą, kurią panaudojus galima ištirpinti.”

Kiti bendradarbiai: Ju Young Lee, Sang Hoon Park, Yujin Kim, Young Uk Cho, Jaejin Park, Jung-Hoon Hong, Kyubeen Kim, Jongwoon Shin, Jeong Eun Ju, In Sik Min ir Mingyu Sang iš Yonsei universiteto Respublikoje. Korėjos; Hyogeun Shin, Ui-Jin Jeong, Aizhan Zhumbayeva, Kyung Yeun Kim, Eun-Bin Hong, Min-Ho Nam, Hojeong Jeon ir Youngmee Jung iš Korėjos mokslo ir technologijų instituto Korėjos Respublikoje; Il-Joo Cho iš Korėjos universiteto Korėjos Respublikoje; Yuyan Gao ir Bowen Li iš Peno valstijos Inžinerijos mokslo ir mechanikos katedros.

Korėjos Tautos tyrimų fondas ir Nacionaliniai sveikatos institutai finansavo šį tyrimą.

Šaltinis:

Žurnalo nuoroda:

Lee, J.Y. ir kt. (2022) Sulankstomos trimatės nervinių elektrodų matricos, skirtos vienu metu sujungti žievės paviršių ir intrakortikinius daugiasluoksnius sluoksnius. npj lanksti elektronika. doi.org/10.1038/s41528-022-00219-y.