Тънкият, гъвкав сензор записва мозъчната активност с рекордни детайли

Сподели

Учените са разработили усъвършенстван нов мозъчен сензор, който обещава да пренесе безопасността и ефективността на лечението на рак и епилепсия в нов терен. Новаторското устройство е в състояние да записва електрически сигнали от повърхността на мозъка с рекордна разделителна способност, което може да помогне на неврохирурзите да разграничат по-добре здрава и болна тъкан, както и да задълбочи разбирането ни за това как функционира човешкият мозък.

Новото устройство е дело на инженерите от Калифорнийския университет (UC) в Сан Диего и е известно като електрокортикографски сензор (ECoG). Тези сензори обикновено се поставят върху откритата мозъчна кора по време на операция, за да записват излъчваните електрически сигнали и да разкрият кои региони на мозъчната тъкан са активни. Това от своя страна може да даде възможност на неврохирурзите да отстранят безопасно мозъчни тумори или участъци от тъкан, където възникват епилептични припадъци, като същевременно оставят здравата тъкан недокосната.

Следователно възможността да се направи това с по-голяма прецизност би подобрила запазването на здрава, функционираща мозъчна тъкан и това е целта, която се преследва от изследователите от UC San Diego. Използваните днес ECoG устройства се състоят предимно от някъде между 16 и 64 сензора, въпреки че някои примери от изследователски клас могат да включват до 256. Екипът на UC San Diego успя да произведе ECoG мрежи с 1 024 или 2 048 сензора чрез някои ключови инженерни пробиви.

Инженери от Калифорнийския университет в Сан Диего работят върху своя нов мозъчен сензор

Дейвид Бейлот/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Клинично одобрените ECoG решетки разполагат със сензори, разположени на сантиметър (0,4 инча) един от друг, за да се избегнат проблемни смущения между тях. Екипът успя да произведе решетки с много по-голяма плътност, като използва наномащабни платинени пръти, които предлагат по-голяма чувствителна повърхност от плоските платинени сензори, използвани днес, и позволяват поставяне на 100 сензора на единица площ вместо един или 100 пъти пространствената разделителна способност.

Тези пръчки са поставени един милиметър един от друг върху гъвкав, биосъвместим материал, наречен парилен, като получените сензорни решетки са около 100 пъти по-тънки от използваните днес, с дебелина около 10 микрометра или около една десета от размера на човешката коса. Тази тънкост и гъвкавост позволява на сензорната мрежа да се придържа по-добре към мозъка по време на фини движения, като тези, задвижвани от сърдечни удари, например, позволявайки по-тясна връзка и по-ясни показания.

Учените демонстрираха възможностите на новите си сензорни решетки чрез серия от експерименти, които включват използване на версията с 1024 сензора за директно записване на сигнали от мозъчната тъкан на 19 пациенти, подложени на операция. Те също така използваха сензорите за картографиране на ключови области на мозъка в четири различни субекта по време на двигателни задачи и също така ги използваха за картографиране на кортикалната колона на мозъка на плъх за първи път, нещо, което преди това беше постигнато само с игла и електрически стимулиране.

Новата сензорна мрежа също е гъвкава, което й позволява да се движи с мозъка и да събира по-ясни показания
Новата сензорна мрежа също е гъвкава, което й позволява да се движи с мозъка и да събира по-ясни показания

Дейвид Бейлот/UC San Diego Jacobs School of Engineering

С оглед да предложат нови възможности за страдащи от резистентна на лечение епилепсия и мозъчни тумори, изследователите сега работят за клинично одобрение на технологията. Сред техните амбиции е разработването на безжична версия, която може да се използва до 30 дни наведнъж. В допълнение, учените се надяват, че технологията може да подобри нашето разбиране за това как работи мозъкът, като интерпретира неговите електрически сигнали, когато се предприемат определени задачи.

Мониторингът и интерпретацията на тези мозъчни вълни е изключително активно поле на изследване, което може да има широки разклонения, от позволяване на контрол на ума на протезните крайници, до лечение на загуба на паметта, до взаимодействие с дигиталния свят без нужда от смартфони. Екипът проучи това, като използва сензорите за наблюдение на мозъчната активност, свързана с усещането на пръстите и хващането на ръцете.

Видеото по-долу предоставя преглед на изследването, което е публикувано в списанието Наука Транслационна медицина.

Решетки за наблюдение на мозъка със супер висока разделителна способност – лаборатория Shadi Dayeh

Източник: Калифорнийския университет в Сан Диего



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели