Группа исследователей под руководством ученых Пенсильванского университета разработали и протестировали новое, сверхтонкое устройство с высоким разрешением, способное записывать мозговую активность коры без проникающих электродов. Устройство поможет создать новое поколение интерфейсов мозг-компьютер для лечения неврологических и психиатрических заболеваний.
Работа была опубликована в Nature Neuroscience .
Крайняя гибкость устройства позволяет ему складываться пополам без повреждений, при этом образуется уникальное двухстороннее записывающее устройство. Это аппарат может использоваться для изучения редко обследуемых областей мозга, таких как внутренняя часть борозд и область между полушариями головного мозга.
«Технология, которую мы создали, соответствует уникальной геометрии головного мозга, а также может записывать его активность и составлять карту, что раньше было невозможно»- говорит доктор медицины Брайан Литт (Brian Litt) — ведущий автор исследования и профессор неврологии в университете Пенсильвании.
«С помощью устройства мы с гораздо большей точностью сможем исследовать как нормально функционирующий, так и пораженный болезнью мозг, и это, вероятно, изменит наше понимание процессов памяти, зрения, слуха и других функций.» Как надеются ученые, сопоставляя и сравнивая полученные компьютерные схемы, можно будет изучать и лечить эпилепсию, параличи, депрессию и другие «заболевания души».
Устройство состоит из 720 силиконовых транзисторов, выложенных в нанослой на мультиплексированной 360-канальной площадке. Это ультратонкое, гибкое, складывающееся устройств необычного дизайна можно будет размещать на поверхности мозга и внутри борозд и даже между полушариями, в областях, которые физически недоступны исследованию с обычными большими жесткими электродами. Новое устройство с более высоким разрешением может охватывать гораздо более обширную область мозга, при этом используется в десять раз меньше проводников. Устройства, применяемые в настоящее время, имеют низкое разрешение, и могут вызывать воспаление и кровоизлияния.
В исследованиях на животных ученые наблюдали ответ мозга на визуальные стимулы, зарегистрировали ранее неизвестные характеристика сна и активность мозга во время эпиприпадков. Устройство записало спиральные волны во время судорожной активности. Эти волны похожи на те, что возникают в сердце при фибрилляции. Таким образом, скоро появится возможность лечить эпилепсию методами, аналогичными лечению сердечной аритмии — фокальной деструкцией и абляцией.
Наблюдение судорожной активности подтвердило высокую чувствительность и разрешающую способность этого нового метода, который в одном диапазоне частот легко отличает нормальный сигнал от аномальных волн. Устройство имеет огромное значение для контроля эпилептических приступов, для понимания и лечения нарушений, влияющих на сон, память и обучение, для определения характеристик и лечения хронической боли, депрессии и других психологических расстройств.
Для использования в различных видах лечения можно усовершенствовать электроды. Это устройство можно будет использовать как нейропротез, кардиостимулятор, устройство для абляции, или нервно-мышечный стимулятор. Универсальность, чувствительность, а также снижение степени воздействия на окружающие ткани — путь к созданию нового поколения интерфейсов.