Ученые создали имплантируемое устройство для долгосрочной записи активности отдельных нейронов

Запись активности больших популяций отдельных нейронов в мозге в течение длительного времени имеет решающее значение для понимания нейронных цепей, создания новых методов терапии на основе медицинских устройств и, в будущем, для интерфейсов «мозг–компьютер», требующих высокого разрешения.

Однако сегодня существует компромисс между объемом высокоточных данных, которые может собрать имплантированное устройство, и сроком его стабильной работы. Жесткие кремниевые имплантаты с множеством датчиков собирают много информации, но не могут долго оставаться в организме. Гибкие устройства меньше и менее инвазивны, но предоставляют лишь часть доступной нейронной информации.

Междисциплинарная команда исследователей из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук (SEAS) совместно с Техасским университетом в Остине, MIT и компанией Axoft, Inc. разработала мягкий имплантируемый зонд с десятками датчиков, способный стабильно записывать активность отдельных нейронов в мозге в течение нескольких месяцев.

Исследование опубликовано в Nature Nanotechnology.

Новый подход с фторированными эластомерами

Чтобы преодолеть компромисс между разрешением данных и долговечностью, ученые использовали класс материалов — фторированные эластомеры. Эти материалы, подобные тефлону, устойчивы, стабильны в биологических жидкостях, обладают отличными долгосрочными диэлектрическими свойствами и совместимы со стандартными методами микрофабрикации.

Исследователи интегрировали эти диэлектрические эластомеры со стеками мягких микроэлектродов — всего 64 датчика. Получившийся зонд оказался в 10 000 раз мягче, чем традиционные гибкие зонды из инженерных пластиков, таких как полиимид или парилен C.

Результаты и перспективы

Команда продемонстрировала работу устройства in vivo, записывая нейронную информацию из мозга и спинного мозга мышей на протяжении нескольких месяцев.

«Мы разработали интерфейсы "мозг–электроника" с разрешением на уровне одной клетки, которые более биосовместимы, чем традиционные материалы», — сказал Поль Ле Флош, первый автор статьи и бывший аспирант в лаборатории Цзя Лю.

«Наше исследование показывает, что путем тщательного проектирования различных факторов можно создавать новые эластомеры для долгосрочно стабильных нейронных интерфейсов», — добавил Цзя Лю, руководитель исследования.

Технология защищена Гарвардским управлением по разработке технологий и лицензирована компании Axoft Inc. для дальнейшего развития. Работа открывает новые возможности для проектирования биоэлектроники для нейронной записи, стимуляции и интерфейсов «мозг–компьютер».