Регистрация активности больших популяций одиночных нейронов в мозге в течение длительных периодов времени имеет решающее значение для дальнейшего понимания нейронных цепей, создания новых методов лечения на основе медицинских устройств и, в будущем, для интерфейсов мозг-компьютер, требующих высокого разрешения. электрофизиологическая информация.

Но сегодня существует компромисс между тем, сколько информации высокого разрешения может измерить имплантированное устройство, и как долго оно может поддерживать запись или стимуляцию. Твердые кремниевые имплантаты со множеством датчиков могут собирать много информации, но не могут оставаться в организме очень долго. Гибкие устройства меньшего размера менее навязчивы и могут дольше оставаться в мозгу, но предоставляют лишь часть доступной нейронной информации.

Недавно междисциплинарная группа исследователей из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) в сотрудничестве с Техасским университетом в Остине, Массачусетским технологическим институтом и компанией Axoft, Inc. разработала мягкое имплантируемое устройство с десятками датчиков. который может стабильно регистрировать активность одного нейрона в мозге в течение нескольких месяцев.

Исследование было опубликовано в Природные нанотехнологии.

«Мы разработали интерфейсы мозг-электроника с разрешением одной клетки, которые более биологически совместимы, чем традиционные материалы», — сказал Пол Ле Флох, первый автор статьи и бывший аспирант лаборатории Цзя Лю, доцента кафедры биоинженерии в SEAS. . «Эта работа может совершить революцию в разработке биоэлектроники для записи и стимуляции нейронов, а также в интерфейсах мозг-компьютер».

Ле Флох в настоящее время является генеральным директором Axoft, Inc, компании, основанной в 2021 году Ле Флохом, Лю и Тяньян Е, бывшим аспирантом и научным сотрудником Park Group в Гарварде. Управление развития технологий Гарварда защитило интеллектуальную собственность, связанную с этим исследованием, и передало Axoft лицензию на технологию для дальнейшего развития.

Чтобы преодолеть компромисс между скоростью передачи данных высокого разрешения и долговечностью, исследователи обратились к группе материалов, известных как фторированные эластомеры. Фторированные материалы, такие как тефлон, эластичны, стабильны в биологических жидкостях, обладают превосходными диэлектрическими характеристиками в течение длительного времени и совместимы со стандартными методами микропроизводства.

Исследователи объединили эти фторированные диэлектрические эластомеры со стопками мягких микроэлектродов (всего 64 датчика) для разработки долговечного зонда, который в 10 000 раз мягче, чем обычные гибкие зонды, изготовленные из инженерных пластиков, таких как полиимид или парилен C.

Команда продемонстрировала устройство живойзаписывая нейронную информацию из головного и спинного мозга мышей в течение нескольких месяцев.

«Наше исследование показывает, что путем тщательного проектирования различных факторов можно разработать новые эластомеры для долговременно стабильных нейронных интерфейсов», — сказал Лю, который является автором статьи. «Это исследование может расширить диапазон возможностей проектирования нейронных интерфейсов».

В междисциплинарную исследовательскую группу также входили профессора SEAS Катя Бертольди, Борис Козинский и Жиган Суо.

«Проектирование новых нейронных зондов и интерфейсов — это очень междисциплинарная проблема, требующая знаний в области биологии, электротехники, материаловедения, машиностроения и химической инженерии», — сказал Ле Флох.

Соавторами исследования выступили Сиюань Чжао, Жэнь Лю, Никола Молинари, Эдер Медина, Хао Шен, Чэлян Ван, Джунсу Ким, Хао Шэн, Себастьян Партарье, Венбо Ван, Чанан Сесслер, Гогао Чжан, Хюнсу Пак, Сянь Гонг, Эндрю. Спенсер, Чонха Ли, Тяньян Е, Синь Тан, Сяо Ван и Наньшу Лу.