Έφτιαξαν διαφανές νευρικό εμφύτευμα – Αναζητούν τρόπο να διαβάζουν τον εγκέφαλο με λιγότερο επεμβατική μέθοδο

Οι ερευνητές δημιούργησαν ένα λεπτό διαφανές νευρικό εμφύτευμα που μπορεί να παρακολουθεί τη δραστηριότητα στην επιφάνεια του εγκεφάλου αλλά και να λαμβάνει υπόψη τις λειτουργίες σε βαθύτερο επίπεδο.

Αυτό που ελπίζουν οι επιστήμονες είναι ότι θα οδηγήσει σε μια ακριβή αλλά λιγότερο επεμβατική διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή.

Ενώ τα εμφυτεύματα που επιτρέπουν στους υπολογιστές να διαβάζουν τη δραστηριότητα που λαμβάνει χώρα στον εγκέφαλο προχωρούν με σταθερό ρυθμό, υπάρχει ένα θεμελιώδες αίνιγμα στον τομέα αυτό. Τα εμφυτεύματα που διαβάζουν τη δραστηριότητα βαθιά μέσα στη φαιά ουσία μας αποτελούνται από ανιχνευτές που μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα όπως φλεγμονή και ουλές, και τα σήματα που παρέχουν μπορεί να υποβαθμιστούν με την πάροδο του χρόνου. Τα εμφυτεύματα που βρίσκονται στην επιφάνεια του εγκεφάλου δεν έχουν τέτοια προβλήματα, αλλά δεν μπορούν να δώσουν στους επιστήμονες να διαβάσουν τίποτα περισσότερο από τα σήματα που διαπερνούν την επιφάνεια του εγκεφάλου.

Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο (UCSD) έκαναν ένα βήμα που αντιμετωπίζει αυτό το ζήτημα. Δημιούργησαν ένα εξαιρετικά λεπτό φιλμ πολυμερούς αποτελούμενο από δύο στρώματα διαφανών συρμάτων γραφενίου τοποθετημένα γύρω από ένα στρώμα νιτρικού οξέος. Αφού τοποθέτησε το διαφανές φιλμ στους εγκεφάλους διαγονιδιακών ποντικών, η ομάδα μπόρεσε να διαβάσει επιφανειακά σήματα από τον εγκέφαλο των τρωκτικών. Η πραγματική πρόοδος, όμως, προκύπτει επειδή η ταινία είναι διαφανής. Αυτό επέτρεψε στους ερευνητές να εκτοξεύσουν ταυτόχρονα λέιζερ μέσα από αυτό και να χρησιμοποιήσουν ένα μικροσκόπιο δύο φωτονίων για να απεικονίσουν αιχμές ασβεστίου από νευρώνες που βρίσκονταν έως και 0,25 mm κάτω από την επιφάνεια. Το ασβέστιο είναι ένα βασικό συστατικό του τρόπου με τον οποίο οι νευρώνες μεταδίδουν δεδομένα μεταξύ τους.

Οι ερευνητές μπόρεσαν στη συνέχεια να εκπαιδεύσουν ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης για να καθορίσουν τη σύνδεση μεταξύ της επιφανειακής δραστηριότητας και της υποεπιφανειακής δραστηριότητας, διδάσκοντάς το ουσιαστικά να κατανοεί τι συμβαίνει βαθύτερα στον εγκέφαλο με βάση αυτά που λαμβάνει ο αισθητήρας από τα επιφανειακά σήματα.

«Επεκτείνουμε τη χωρική εμβέλεια των νευρωνικών εγγραφών με αυτήν την τεχνολογία», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης, Duygu Kuzum. «Αν και το εμφύτευμά μας βρίσκεται στην επιφάνεια του εγκεφάλου, ο σχεδιασμός του ξεπερνά τα όρια της φυσικής αίσθησης, καθώς μπορεί να συμπεράνει τη νευρική δραστηριότητα από τα βαθύτερα στρώματα».

Οι ερευνητές επισημαίνουν επίσης ότι επί του παρόντος, για να παρατηρήσουν τη δραστηριότητα του ασβεστίου μέσα στον εγκέφαλο, οι επιστήμονες πρέπει να στερεώσουν το κεφάλι ενός ατόμου κάτω από ένα μικροσκόπιο σε διαδικασίες που μπορούν να διαρκέσουν έως και δύο ώρες το πολύ. Το νέο εμφύτευμα UCSD δεν έχει αυτόν τον περιορισμό.

«Δεδομένου ότι οι ηλεκτρικές εγγραφές δεν έχουν αυτούς τους περιορισμούς, η τεχνολογία μας καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή πειραμάτων μεγαλύτερης διάρκειας στα οποία το άτομο είναι ελεύθερο να κινείται και να εκτελεί περίπλοκες συμπεριφορικές εργασίες», δήλωσε ο συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης Mehrdad Ramezani. «Αυτό μπορεί να προσφέρει μια πιο ολοκληρωμένη κατανόηση της νευρωνικής δραστηριότητας σε δυναμικά σενάρια πραγματικού κόσμου».

Στη συνέχεια, οι ερευνητές θα δοκιμάσουν το εμφύτευμά τους σε άλλα ζωικά μοντέλα με το βλέμμα σε ενδεχόμενες δοκιμές σε ανθρώπους. Μοιράστηκαν επίσης τα ευρήματά τους με άλλα εργαστήρια στις ΗΠΑ και την Ευρώπη με την ελπίδα να επιταχύνουν την ανάπτυξη της τεχνολογίας.

«Αυτή η τεχνολογία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τόσες πολλές διαφορετικές θεμελιώδεις έρευνες νευροεπιστήμης και είμαστε πρόθυμοι να κάνουμε το μέρος μας για να επιταχύνουμε την πρόοδο στην καλύτερη κατανόηση του ανθρώπινου εγκεφάλου», δήλωσε ο Kuzum.

Η έρευνα δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Technology .

(photo: pixabay)el.gr