導(dǎo)讀 為腦刺激而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)植入式醫(yī)療設(shè)備對(duì)于人體最柔軟和最脆弱的組織之一來(lái)說通常過于堅(jiān)硬和笨重。為了解決這個(gè)問題，萊斯大學(xué)的工程師們開發(fā)...

為腦刺激而設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)植入式醫(yī)療設(shè)備對(duì)于人體最柔軟和最脆弱的組織之一來(lái)說通常過于堅(jiān)硬和笨重。

為了解決這個(gè)問題，萊斯大學(xué)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(zhǎng)期高分辨率刺激療法的植入平臺(tái)。

(資料圖)

根據(jù)發(fā)表在Cell Reports上的一項(xiàng)研究，微小的植入式裝置形成了穩(wěn)定，持久和無(wú)縫的組織電極界面，在嚙齒動(dòng)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(jīng)元信號(hào)模式和振幅比來(lái)自傳統(tǒng)皮層內(nèi)電極的刺激更緊密。

該設(shè)備的高生物相容性和精確的時(shí)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(yùn)動(dòng)功能受損患者的神經(jīng)元假體。

“這篇論文使用成像，行為和組織學(xué)技術(shù)來(lái)展示這些組織整合電極如何提高刺激的功效，”電氣和計(jì)算機(jī)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(jīng)活動(dòng)。

“我們能夠?qū)⒁l(fā)神經(jīng)元激活所需的電流減少一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。脈沖可以像幾百微秒的持續(xù)時(shí)間和一到兩微安的振幅一樣微妙。

由萊斯神經(jīng)工程計(jì)劃研究人員開發(fā)的新電極設(shè)計(jì)代表了對(duì)用于治療帕金森病，癲癇和強(qiáng)迫癥等疾病的傳統(tǒng)植入式電極的重大改進(jìn)，這些疾病可能導(dǎo)致不良組織反應(yīng)和神經(jīng)活動(dòng)的意外變化。

“傳統(tǒng)的電極是非常侵入性的，”電氣和計(jì)算機(jī)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(wàn)個(gè)神經(jīng)元。

“這些神經(jīng)元中的每一個(gè)都應(yīng)該有自己的調(diào)諧和協(xié)調(diào)的特定模式。但是當(dāng)你同時(shí)震驚他們時(shí)，你基本上是在破壞他們的功能。在某些情況下，這對(duì)您來(lái)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(gè)人的耳朵里吹氣喇叭或揚(yáng)聲器響起”的破壞性效果。

“我們?cè)?jīng)有這個(gè)非常大的揚(yáng)聲器，現(xiàn)在每個(gè)人都有一個(gè)聽筒，”他說。

調(diào)整信號(hào)的頻率、持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)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(jīng)元激活會(huì)更加彌漫，”盧安說?！拔覀兡軌驕p少電流，并表明我們有一個(gè)更集中的激活。這可以轉(zhuǎn)化為更高分辨率的刺激裝置。

Luan和Xie是Rice神經(jīng)工程計(jì)劃的核心成員，他們的實(shí)驗(yàn)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(shè)想有一天能夠植入電極陣列來(lái)恢復(fù)受損的感覺功能：神經(jīng)元的激活越集中和刻意，你產(chǎn)生的感覺就越精確，”盧安說。

這些設(shè)備的早期迭代用于記錄大腦活動(dòng)。

“我們有一系列出版物表明，我們的電極的超柔性設(shè)計(jì)使這種親密組織整合確實(shí)提高了我們記錄大腦活動(dòng)的能力，持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，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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