Interfaces para cérebro feito de seda

Suaves eletrodos, mais suaves envolvendo em torno das dobras do cérebro para fazer medições de alta resolução. 
Os médicos podem colocar matrizes de eletrodos na superfície do cérebro para identificar a origem das crises epiléticas; os pacientes podem usar tais eletrodos para controlar um cursor de computador. Mas ainda não é seguro deixar estes dispositivos no cérebro no longo prazo, e isso é uma qualidade que precisa ser desenvolvida antes que os investigadores podem desenvolver melhores interfaces cérebro-computador.

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Agora, um grupo de pesquisadores está construindo eletrônicos biocompatíveis, sobre substratos flexíveis finas. O grupo espera criar interfaces neurais que levam as medições de maior resolução do que o que está disponível hoje sem irritar ou cicatrizes tecido cerebral.

"A biocompatibilidade é um grande desafio para as novas gerações de implantes médicos", diz Brian Litt, professor de neurologia e bioengenharia da Universidade da Pensilvânia Medical School. "Nós queríamos fazer dispositivos que são ultrafinos e podem ser inseridos no cérebro através de pequenos orifícios no crânio, e ser feitos de materiais que são biocompatíveis", diz ele. Litt está trabalhando com pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana Champaign que estão construindo de alta performance eletrônica flexível de silicone e outros materiais convencionais em substratos de biodegradáveis, mecanicamente fortes filmes de seda fornecidas por pesquisadores da Universidade Tufts.

Esta semana na revista Nature Materiais, os relatórios da equipe usando um dispositivo de eletrodo de seda para medir a atividade elétrica a partir da superfície do cérebro em gatos. A seda é mecanicamente forte, isto significa que as películas podem ser enrolado e inserido através de um pequeno orifício no crânio ainda pode-se dissolver em biomoléculas inofensivos ao longo do tempo. Quando é colocado em tecido cerebral e umedecida com solução salina, uma película de seda vai encolher envoltório em torno da superfície do cérebro, trazendo-o em eletrodos com as rugas do tecido. Convencionais conjuntos de eletrodos de superfície não pode chegar a estas fendas, as quais formam uma grande quantidade de área de superfície do cérebro.

"Um dispositivo como esse abriria completamente novos caminhos em toda a neurociência e aplicações clínicas", diz Gerwin Schalk, um pesquisador do Centro Wadsworth em Albany, NY, que não é afiliado com o grupo eletrodo seda. "O que eu prevejo é a colocação de um dispositivo à base de seda ao redor do cérebro e obter uma imagem contínua da função cerebral por semanas, meses, ou anos, com alta resolução espacial e temporal."Os médicos podem colocar matrizes de eletrodos na superfície do cérebro para identificar a origem das crises epiléticas; os pacientes podem usar tais eletrodos para controlar um cursor de computador. Mas ainda não é seguro deixar estes dispositivos no cérebro no longo prazo, e isso é uma qualidade que precisa ser desenvolvida antes que os investigadores podem desenvolver melhores interfaces cérebro-computador.

Agora, um grupo de pesquisadores está construindo eletrônicos biocompatíveis, sobre substratos flexíveis finas. O grupo espera criar interfaces neurais que levam as medições de maior resolução do que o que está disponível hoje sem irritar ou cicatrizes tecido cerebral.

"A biocompatibilidade é um grande desafio para as novas gerações de implantes médicos", diz Brian Litt, professor de neurologia e bioengenharia da Universidade da Pensilvânia Medical School. "Nós queríamos fazer dispositivos que são ultrafinos e podem ser inseridos no cérebro através de pequenos orifícios no crânio, e ser feitos de materiais que são biocompatíveis", diz ele. Litt está trabalhando com pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana Champaign que estão construindo de alta performance eletrônica flexível de silicone e outros materiais convencionais em substratos de biodegradáveis, mecanicamente fortes filmes de seda fornecidas por pesquisadores da Universidade Tufts.

Esta semana na revista Nature Materiais, os relatórios da equipe usando um dispositivo de eletrodo de seda para medir a atividade elétrica a partir da superfície do cérebro em gatos. A seda é mecanicamente forte, isto significa que as películas podem ser enrolado e inserido através de um pequeno orifício no crânio ainda pode-se dissolver em biomoléculas inofensivos ao longo do tempo. Quando é colocado em tecido cerebral e umedecida com solução salina, uma película de seda vai encolher envoltório em torno da superfície do cérebro, trazendo-o em eletrodos com as rugas do tecido. Convencionais conjuntos de eletrodos de superfície não pode chegar a estas fendas, as quais formam uma grande quantidade de área de superfície do cérebro.

"Um dispositivo como esse abriria completamente novos caminhos em toda a neurociência e aplicações clínicas", diz Gerwin Schalk, um pesquisador do Centro Wadsworth em Albany, NY, que não é afiliado com o grupo eletrodo seda. "O que eu prevejo é a colocação de um dispositivo à base de seda ao redor do cérebro e obter uma imagem contínua da função cerebral por semanas, meses, ou anos, com alta resolução espacial e temporal."

A vantagem de eletrodos de superfície mais queridos implantados é que eles não causam cicatrizes, diz Andrew Schwartz, professor de neurobiologia da Universidade de Pittsburgh. Em 2008, Schwartz demonstrou que um macaco com um eletrodo em seu cérebro pode controlar um braço protético para se alimentar. "Este projeto é ainda melhor porque tem um tamanho relativamente pequeno recurso e é flexível, que poderia fazer estes implantes menos traumática", diz ele. "O que seria realmente bom é se você poderia amplificar o sinal perto de onde você pegá-lo para reduzir o ruído, e multiplex o sinal para reduzir o número de fios necessários", diz Schwartz.

Os pesquisadores eletrônicos seda dizer que este é o próximo passo, e uma das principais promessas da tecnologia. Eles já demonstraram finas, conjuntos de transistores de silício flexíveis baseadas em seda, e testou-os em animais não apenas no cérebro ainda. Schwartz diz que outros grupos têm reconhecido a importância de multiplexação e amplificação do sinal, mas têm vindo a trabalhar com placas de circuito rígidas que não são tão biocompatível. Adicionando estes componentes ativos iria reduzir o número de fios necessários nestes implantes, que hoje requerem um fio por sensor. E dispositivos ativos poderia responder a atividade cerebral para fornecer estímulos elétricos, ou liberar drogas. (Um dos colaboradores do projeto seda, David Kaplan, da Universidade Tufts, demonstrou que os dispositivos de seda implantados no cérebro em animais pequenos podem entregar drogas antiepiléticas.)

Adicionando transistores para a eletrônica é atualmente um desafio do projeto, diz John Rogers, professor de ciência dos materiais e engenharia na Universidade de Illinois em Urbana Champaign. O conjunto de eletrodos-projetar seu grupo encontrado para ser mais compatível com o tecido cerebral é uma folhas de malha sólida não vai envolver em torno de tecido do cérebro de forma tão eficaz. E adição de transistores de silício para a malha é mais difícil do que isso, com um substrato sólido. Ainda assim, diz Rogers, todas as principais peças estão no lugar e só precisa ser integrado. Com mais desenvolvimento e testes para provar os dispositivos são seguros, diz Rogers, "nós esperamos que este será o alicerce para novas interfaces cérebro máquina de qualidade superior."

Fonte: http://www.technologyreview.com