ثبت سیگنال‌های مغزی با استفاده از مدارهای الکترونیکی انعطاف پذیر

محققان برای ثبت فعالیت‌های دراز مدت عصبی، فناوری جدیدی را توسعه داده‌اند. این فناوری بر مبنای یک ترکیب جدید منعطف طراحی شده که با بافت زنده سازگار بوده و می‌تواند حتی در زمانی که کشیده شده و به دو برابر طول استاندارد خود رسیده، رسانایی بالای الکتریکی خود را حفظ کند. این یک دستاورد بزرگ حیاتی برای کاربری‌های فراوان در مهندسی پزشکی است.

ترکیب قطعات الکترونیکی و سلول‌های عصبی نه تنها برای ثبت اطلاعات در تبادل سیگنال‌ها حیاتی است، بلکه برای تشخیص و درمان اختلالات و بیماری‌های عصبی مانند صرع نیز از اهمیت بالایی برخوردار است.

چالش اصلی دستیابی به اتصالات پایدار در دراز مدت بوده، که آسیبی به نورون‌ها و یا بافت‌ها نرسانند، چرا که بافت‌های نرم و منعطف بدن با قطعات سخت و غیرمنعطف الکترونیکی، ویژگی‌های مکانیکی کاملا متفاوتی دارند.

از آنجایی که بافت بدن منعطف و متحرک است، آسیب‌ها و التهابات در محل برخورد آن با اجزای الکترونیکی ایجاد می‌شود. این امر نه تنها به بافت آسیب می‌زند، بلکه سیگنال‌ها را نیز تضعیف می‌کند.

ماده‌ی جدید متشکل از نانوسیم‌های تیتانیوم دی‌اکسید، با روکش طلا است، که در بستری از ماده‌ی الاستیک سیلیکونی قرار گرفته‌اند. تولید کامپوزیت‌های رسانای الکتریسیته، در ابعاد کوچک، چندین چالش دارد. این گروه تحقیقاتی یک فرآیند ابداع کرده‌اند که الکترودهای کوچک را با حفظ قابلیت سازگاری با بافت زنده، تولید کنند. این فرآیند از ماده اولیه بسیار کمی استفاده می‌کند.

الکترودها ۵۰ میکرونی بوده و با فاصله‌ی ۲۰۰ میکرون از یکدیگر قرار می‌گیرند. این روش ساخت اجازه می‌دهد ۳۲ الکترود را در فضایی بسیار کوچک قرار دهیم. پراب نهایی، دارای عرض ۳/۲ میلیمتری و ضخامت ۸۰ میکرون است.

این میکروالکترودهای نرم در مغز موش‌های آزمایشگاهی کار گذاشته شدند. محققان توانستند به وسیله آن، سیگنال‌های عصبی را با کیفیت بسیار بالایی در مغز موش‌هایی با حرکت آزادانه در طول ۳ ماه جمع آوری کنند. این آزمایش‌ها تحت بازبینی‌های اخلاقی قرار گرفته، و قواعد و قوانین بسیار سختگیرانه در مورد آزمایش‌های حیوانی را رعایت می‌کند.

هنگامی که سلول‌های عصبی در مغز سیگنالی عبور می‌دهند، ولتاژ بسیار کوچکی در الکترودها تولید شده و به یک تقویت کننده‌ی بسیار کوچک منتقل می‌شود. محققان می‌توانند دریابند که سیگنال از کدام الکترود آمده، بنابراین می‌توانند مکان تولید سیگنال در مغز را تخمین بزنند. محققان امیدوارند با این فناوری بتوانند برای مثال محل شروع سیگنال اولیه‌ی تشنج‌های صرعی را پیدا کنند، تا بتوانند برای درمان آن اقدام کنند. کاربرد دیگر این فناوری در واسط‌های مغز-رایانه است. همچنین کاربردهای جذاب زیادی در حوزه‌ی سیستم عصبی محیطی و چگونگی کنترل ارگان‌های مختلف توسط آن، وجود دارد.

منبع: ساینس دیلی