Pisike sond mõõdab sügavat ajutegevust veresoone seest – Physics World

Aju-masina liidesed (BMI) pakuvad otsest elektrilist sidet aju ja väliste elektrooniliste süsteemide vahel. Sellisena pakuvad BMI-d potentsiaali taastada halvatud või neuroloogiliste häiretega patsientide funktsionaalsust, kasutades ajutegevust näiteks proteeside või arvutiprogrammide otseseks juhtimiseks või närvi- või lihasfunktsiooni moduleerimiseks.

Siiski on vaja täiustada funktsiooni ja jõudlust. Tänapäeval mõõdavad enamik tavalisi BMI-sid ajupinna närviaktiivsust, mis tagab piiratud ruumilise eraldusvõime. Võimalus salvestada ühe neuroni aktiivsust sügavatest ajupiirkondadest võib märkimisväärselt parandada tulevast BMI tehnoloogiat.

Üksikute neuronite mõõtmine sügavates ajupiirkondades saavutatakse praegu sondide kirurgilise implanteerimisega ajju. See pole kaugeltki ideaalne, kuna operatsioon võib kahjustada ajukudet ning põhjustada põletikku ja armistumist, mis halvendab kiiresti seadme jõudlust. On selge, et on vaja vähem invasiivset ja kauem kestvat lähenemisviisi.

Teadlased Stanfordi ülikooli ja Harvardi ülikooli on välja töötanud sellise seadme: ultraväikese ja ülipainduva mikro-endovaskulaarse (MEV) neuraalse sondi, mida saab implanteerida näriliste aju alla 100 µm suurustesse veresoontesse, ilma et oleks vaja avatud kolju operatsiooni. Selle asemel kasutab seade sondi kohaletoimetamise marsruudina aju veresoonte süsteemi, sisestades MEV-sondid painduvate mikrokateetrite kaudu.

Pärast mikrokateetri sisestamist sihitud anumasse süstitakse sondid soolalahuse vooluga sügavamasse veresoonkonda. Sondid liiguvad mikrokateetri sees sujuvalt veresoontesse ja jäävad väljavenituks ilma paindumiseta. Uurijad selgitavad, et seadme võrgutaoline struktuur lõdvestub ja rullub pärast süstimist lahti, võimaldades elektroodidel kleepuda vastu veresoonte siseseinu sarnaselt vaskulaarse stendi paigaldamisega. Kui sond on paigas, saab see salvestada neuronaalseid signaale üle veresoonte seina, kahjustamata aju või veresooni.

Anqi Zhang Stanfordi ülikooli teadlane ja Charles Lieber, endine Harvardi ülikoolis, selgitavad, et "metaboolselt aktiivne kesknärvisüsteem vajab tihedat veresoonte võrku, nii et keskmine neuron asub lähimast veresoonest vähem kui 20 µm kaugusel. See veresoonkond pakub seega salvestussondidele juurdepääsu mis tahes ajupiirkonnale, kahjustamata salvestatud närviahelaid.

Üksikute neuronite mõõtmine

Nende uuringu jaoks, millest teatati aastal teadus, lõid teadlased sondid, mis sisaldasid kuusteist 80 µm pikkust plaatinaelektroodi, mis on jaotatud 1 cm pikkusele, et uurida mitut ajupiirkonda. Algselt testisid nad MEV-sondide võimet registreerida tuimastatud rottide aju aktiivsust, andes 16 kanalis hästi määratletud signaale.

Seejärel kutsus meeskond penitsilliini intrakortikaalse süstimisega loomadel esile lokaalsed krambid, et luua epilepsiamudeleid. Sondid registreerisid täpselt kahepoolsed naelu ja nael-laine kompleksid, mis olid seotud süstimise järgse krambihoogude aktiivsusega. Kõigi 16 kanali samaaegne salvestamine näitas MEV-sondide võimet krambikoldeid leida ja jälgida.

MEV-sondide lühiajaliste mõjude uurimiseks kasutasid teadlased laser-Doppleri voolumõõtjat, et jälgida aju verevoolu enne ja vahetult pärast sondi süstimist. Nad leidsid, et sondi implanteerimine ei mõjutanud oluliselt aju verevoolu. Krooniliste mõjude uurimine näitas, et ühelgi rottidel ei esinenud neuroloogilisi puudujääke, hematoentsefaalbarjääri terviklikkus oli hästi säilinud, veresoone seina paksus ei suurenenud ega olulist immuunvastust.

"Need tähelepanekud ei näita mitte ainult MEV-sondide minimaalset invasiivsust, vaid näitavad ka olulisi eeliseid kroonilise elektrofüsioloogilise registreerimise korral, kuna teadaolevalt põhjustab gliaalse armkoe kogunemine aju elektroodide lähedusse elektroodi rikke kliiniliselt olulistes kroonilistes tingimustes," ütles meeskond. selgitab.

Teadlased juhivad tähelepanu sellele, et nende sonde saab selektiivselt implanteerida väikestesse veresoonte harudesse, mis ei ole ühelegi olemasolevale mikrokateetrile ligipääsetavad, võimaldades seega neuraalset salvestamist veresoonte seinte kaudu ühe raku eraldusvõimega. Zhang räägib Füüsika maailm et meeskond kavatseb täiustada sondi disaini ja materjale, et võimaldada paremat navigeerimist erinevatesse laevaharudesse. Pikemas perspektiivis loodavad teadlased kasutada sonde aju uurimiseks ja ajuhaiguste raviks ning saavutada neuroloogia ja sekkumisradioloogia rakenduste kliiniline tõlge.

Kiupõhine sond võimaldab reaalajas süvaaju pildistamist

Kirjutamine kaasnev kommentaar sisse teadus, Brian Timko Tuftsi ülikooli tehnikakõrgkooli teadlane ütleb, et see võime saavutada mitteinvasiivseid ühe neuroni salvestusi on oluline sügavate ajupiirkondade (nt mediaalne oimusagara) uurimiseks, kus aktiivsus ei ole ruumiliselt rühmitatud ja seetõttu on see tuvastatav ainult ühest neuronist. neuronite tase. Ta soovitab, et tulevased uuringud võiksid vastata pikaajalistele küsimustele mälestuste salvestamise ja otsimise kohta.

Timko märgib, et need endoteeli sondid kujutavad endast üldist platvormi, mida saaks tulevikus laiendada, et hõlmata lokaliseeritud stimulatsiooniseadmeid. Selliseid stimulatsioonielemente võib kasutada ka veresoone seina elektroporeerimiseks, võimaldades ravimi lokaliseeritud kohaletoimetamist läbi hematoentsefaalbarjääri. Ta näeb ette, et endovaskulaarsete sondide edasine arendamine võib lõpuks moodustada aluse masinaliidestele kogu kehas.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Autod/elektrisõidukid, Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• ChartPrime. Tõsta oma kauplemismängu ChartPrime'iga kõrgemale. Juurdepääs siia.
• BlockOffsets. Keskkonnakompensatsiooni omandi ajakohastamine. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/tiny-probe-measures-deep-brain-activity-from-inside-a-blood-vessel/