導讀 為腦刺激而設計的傳統(tǒng)植入式醫(yī)療設備對于人體最柔軟和最脆弱的組織之一來說通常過于堅硬和笨重。為了解決這個問題，萊斯大學的工程師們開發(fā)...

為腦刺激而設計的傳統(tǒng)植入式醫(yī)療設備對于人體最柔軟和最脆弱的組織之一來說通常過于堅硬和笨重。

為了解決這個問題，萊斯大學的工程師們開發(fā)了微創(chuàng)、超柔性的納米電極，可以作為長期高分辨率刺激療法的植入平臺。

(資料圖)

根據(jù)發(fā)表在Cell Reports上的一項研究，微小的植入式裝置形成了穩(wěn)定，持久和無縫的組織電極界面，在嚙齒動物中具有最小的疤痕或降解。這些裝置提供的電脈沖與神經元信號模式和振幅比來自傳統(tǒng)皮層內電極的刺激更緊密。

該設備的高生物相容性和精確的時空刺激控制可以開發(fā)新的腦刺激療法，例如用于感覺或運動功能受損患者的神經元假體。

“這篇論文使用成像，行為和組織學技術來展示這些組織整合電極如何提高刺激的功效，”電氣和計算機工程助理教授，該研究的通訊作者Lan Luan說?！拔覀兊碾姌O提供微小的電脈沖，以非?？煽氐姆绞郊ぐl(fā)神經活動。

“我們能夠將引發(fā)神經元激活所需的電流減少一個數(shù)量級以上。脈沖可以像幾百微秒的持續(xù)時間和一到兩微安的振幅一樣微妙。

由萊斯神經工程計劃研究人員開發(fā)的新電極設計代表了對用于治療帕金森病，癲癇和強迫癥等疾病的傳統(tǒng)植入式電極的重大改進，這些疾病可能導致不良組織反應和神經活動的意外變化。

“傳統(tǒng)的電極是非常侵入性的，”電氣和計算機工程副教授，該研究的通訊作者Chong Xie說?！八鼈円淮握心紨?shù)千甚至數(shù)百萬個神經元。

“這些神經元中的每一個都應該有自己的調諧和協(xié)調的特定模式。但是當你同時震驚他們時，你基本上是在破壞他們的功能。在某些情況下，這對您來說效果很好，并具有所需的治療效果。但是，例如，如果你想編碼感官信息，你需要更好地控制刺激。

謝將傳統(tǒng)電極的刺激比作在一屋子人中“在每個人的耳朵里吹氣喇叭或揚聲器響起”的破壞性效果。

“我們曾經有這個非常大的揚聲器，現(xiàn)在每個人都有一個聽筒，”他說。

調整信號的頻率、持續(xù)時間和強度的能力可以使新型感覺假肢裝置的開發(fā)成為可能。

“如果你使用更大的電流，神經元激活會更加彌漫，”盧安說?！拔覀兡軌驕p少電流，并表明我們有一個更集中的激活。這可以轉化為更高分辨率的刺激裝置。

Luan和Xie是Rice神經工程計劃的核心成員，他們的實驗室也在合作開發(fā)一種用于盲人的植入式視覺假肢裝置。

“設想有一天能夠植入電極陣列來恢復受損的感覺功能：神經元的激活越集中和刻意，你產生的感覺就越精確，”盧安說。

這些設備的早期迭代用于記錄大腦活動。

“我們有一系列出版物表明，我們的電極的超柔性設計使這種親密組織整合確實提高了我們記錄大腦活動的能力，持續(xù)時間更長，信噪比更好，”盧安說，他已晉升為副教授自1月<>日起生效。

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