רישום הפעילות של אוכלוסיות גדולות של נוירונים בודדים במוח על פני תקופות זמן ארוכות הוא חיוני כדי לקדם את ההבנה שלנו של מעגלים עצביים, כדי לאפשר טיפולים מבוססי מכשור רפואי חדשניים, ובעתיד, עבור ממשקי מוח-מחשב הדורשים רזולוציה גבוהה מידע אלקטרופיזיולוגי.
אבל היום יש פשרה בין כמה מידע ברזולוציה גבוהה מכשיר מושתל יכול למדוד לבין כמה זמן הוא יכול לשמור על ביצועי הקלטה או גירוי. שתלי סיליקון קשיחים עם חיישנים רבים, יכולים לאסוף מידע רב אך אינם יכולים להישאר זמן רב בגוף. מכשירים גמישים וקטנים יותר פולשניים פחות ויכולים להחזיק מעמד זמן רב יותר במוח אך מספקים רק חלק קטן מהמידע העצבי הזמין.
לאחרונה, צוות בין-תחומי של חוקרים מבית הספר להנדסה ולמדעים שימושיים בהרווארד ג'ון א. פולסון (SEAS), בשיתוף אוניברסיטת טקסס באוסטין, MIT ו-Axoft, Inc., פיתח מכשיר רך להשתלה עם עשרות חיישנים שיכול לתעד פעילות של נוירונים בודדים במוח ביציבות במשך חודשים.
המחקר פורסם ב טבע ננוטכנולוגיה.
פיתחנו ממשקי מוח-אלקטרוניקה עם רזולוציה של תא בודד התואמים יותר מבחינה ביולוגית מחומרים מסורתיים. לעבודה זו יש פוטנציאל לחולל מהפכה בתכנון הביו-אלקטרוניקה עבור הקלטה וגירוי עצביים, וממשקי מוח-מחשב."
פול לה פלוך, המחבר הראשון של המאמר וסטודנט לתואר שני לשעבר במעבדה של ג'יה ליו, עוזר פרופסור לביו-הנדסה ב-SEAS
Le Floch הוא כיום המנכ"ל של Axoft, Inc, חברה שנוסדה בשנת 2021 על ידי Le Floch, Liu ו-Tianyang Ye, סטודנטית לתואר שני ופוסט-דוקטורט לשעבר בקבוצת הפארק בהרווארד. המשרד לפיתוח טכנולוגי של הרווארד הגן על הקניין הרוחני הקשור למחקר זה והעניק רישיון לטכנולוגיה לאקסופט לפיתוח נוסף.
כדי להתגבר על הפשרה בין קצב נתונים ברזולוציה גבוהה לאריכות ימים, החוקרים פנו לקבוצת חומרים המכונה אלסטומרים מופלרים. חומרים עם פלואור, כמו טפלון, הם גמישים, יציבים בנוזלים ביולוגיים, בעלי ביצועים דיאלקטיים מצוינים לטווח ארוך, והם תואמים לטכניקות מיקרו-ייצור סטנדרטיות.
החוקרים שילבו את האלסטומרים הדיאלקטריים המופלרים הללו עם ערימות של מיקרואלקטרודות רכות -; 64 חיישנים בסך הכל -; לפתח בדיקה עמידה ורכה פי 10,000 מבדיקות גמישות קונבנציונליות העשויות מחומרים הנדסיים פלסטיק, כגון פוליאמיד או פארילן C.
הצוות הדגים את המכשיר in vivoרישום מידע עצבי מהמוח ומחוטי השדרה של עכברים במהלך מספר חודשים.
"המחקר שלנו מדגיש כי על ידי הנדסה קפדנית של גורמים שונים, ניתן לתכנן אלסטומרים חדשים עבור ממשקים עצביים יציבים לטווח ארוך", אמר ליו, המחבר המקביל של המאמר. "מחקר זה יכול להרחיב את מגוון אפשרויות העיצוב של ממשקים עצביים."
צוות המחקר הבינתחומי כלל גם את הפרופסורים של SEAS קטיה ברטולדי, בוריס קוז'ינסקי וז'יגנג סואו.
"תכנון בדיקות וממשקים עצביים חדשים היא בעיה בינתחומית מאוד הדורשת מומחיות בביולוגיה, הנדסת חשמל, מדעי החומרים, הנדסת מכונות וכימית", אמר לה פלוך.
המחקר נערך על ידי Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong, Andrew ספנסר, ג'ונגה לי, טיאניאנג יה, שין טאנג, שיאו וואנג ונאנשו לו.
העבודה נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדע באמצעות מענק מס' DMR-2011754 של מרכז המחקר למדע והנדסה של אוניברסיטת הרווארד.
