Nov 29

Flexibilnější okno do mozku

Tue 29 Nov 2011 22:01:26 | 0 komentářů
senzorové pole
Fotografie 360-kanálového ultratenkého flexibilního senzorického pole. Bližší pohled ukazuje několik aktivních jednotek. (Credit: Jonathan Viventi et al./Nature Neuroscience)
mezera

Odposlouchávání mozkových aktivit bylo až dosud značně komplikované a neefektivní. Nejen že při zavádění sady elektrod přímo do mozku mohlo dojít k poškození mozkové tkáně, počet elektrod a jejich hustota byly navíc značně omezené. Týmu amerických výzkumníků se nyní podařilo vyvinout a otestoval nové ultra-tenké zařízení, které je schopné zaznamenávat elektrické impulsy z povrchu kůry mozkové s vysokým rozlišením. Díky své pružnosti je navíc k mozkové tkáni mnohem šetrnější. Jeho princip může být základem celé nové generace rozhraní mozek-počítač.


Práce byla publikována časopisem Nature Neuroscience 13. listopadu 2011.


"Nová technologie, kterou jsme vyvinuli, se může přizpůsobit unikátní geometrii mozku a zaznamenávat a mapovat jeho aktivity v rozlišení, které nebylo dříve možné," říká Brian Litt, hlavní autor studie a profesor neurologie na University of Pennsylvania. "Pomocí tohoto zařízení můžeme zkoumat neuronové sítě v mozku, které jsou základem celé řady funkcí, s mnohem větší přesností, což by mělo přispět k lepšímu pochopení, jak funguje například paměť, zrak, sluch a mnoho dalších běžných funkcí, ale i nemocí. Pro pacienty trpící epilepsií, ochrnutím, depresemi nebo jinými mozkovými poruchami by takovýto přístroj znamenal méně invazivní operace a zároveň více detailních informací vhodných pro jejich léčbu."

Jádrem technologie je pole senzorů tvořené ultratenkými pružnými tranzistory, které jsou schopné odebírat signály z velkých oblastí mozku s minimálními nároky na drátové spoje.

V současné době jsou snahy o záznam nebo stimulaci mozkové aktivity omezeny potřebou drátového propojení každé jednotlivé elektrody elektrodového pole. Manipulace s takovýmto rozhraním je proto značně nepohodlná a dosažení většího rozlišení tímto způsobem je v podstatě nemožné.

Nový přístup dovoluje, aby pole obsahovala tisíce multiplexních senzorů s prostorovým rozlišením až 400krát vyšším než dnešní mikroelektrodová pole. V experimentech byl použit model s 360 senzory, který potřebuje pouhých 39 drátových vodičů. Počet senzorů však může být rozšířen až na několik tisíc při zachování stále malého počtu drátů. Na rozdíl od současné techniky jsou nové sady polí navíc nepichlavé, čímž se významně snižuje riziko poškození křehké mozkové tkáně.

Díky pružnosti tenkého silikonu lze aktivní obvody vystavět přímo na povrchu mozku. "To by nebylo možné kdyby jejich základem byl klasický pevný křemík," říká Jonathan Viventi, odborný asistent Polytechnického Institutu při New York University, který se na výzkumech podílel. "Ultratenký křemík (anglicky silicon) si zachovává svůj výkon, zároveň je ale pružný a tedy mnohem vhodnější pro implantáty. Je to jako rozdíl mezi kusem papíru a kusem dřeva," dodává Viventi.

Díky uvedeným vlastnostem mohou být pole senzorů umisťována nejen na povrchu mozku, ale také do oblastí, které jsou pro konvenční pevné elektrody fyzicky nepřístupné, jakou jsou úzké štěrbiny mezi jednotlivými závity nebo mezera mezi hemisférami.
mezera
mikroelektrodové pole
Současná mikroelektrodová pole pro použití in vivo mají do 100 mikroelektrod. Ke každé z nich musí vést jeden mikrovodič. Rozměry polí jsou v jednotkách milimetrů a délka elektrod od 0,5mm do 1,5mm.

Při testování na zvířecích modelech výzkumníci zaznamenali dosud neznámé detaily o spánkových rytmech. V jiné sadě pokusů při sledování mozkových aktivit během epileptických záchvatů zase objevili spirálové vlny podobné těm, které provázejí srdeční arytmie, v mozku byly ale zaznamenány vůbec poprvé. Léčba epilepsie by se tak mohla inspirovat metodami pro léčbu srdečních arytmií jako jsou katetrizační ablace či ložisková destrukce abnormálních obvodů.

Pozorování spirálních vln posloužilo také velmi dobře ke zviditelnění tohoto extrémně citlivého zařízení, které bylo kromě jiného také schopno snadno rozlišit normální signální vzory od abnormálních vln dokonce i ve stejném frekvenčním pásmu. Mozkové aktivity zaznamenané výzkumným týmem profesora Litta tak mohou mít obrovský dopad nejen na řízenou kontrolu záchvatů, ale také na pochopení a léčbu dalších poruch činnosti mozku, které ovlivňují spánek, paměť a učení, či porozumění příčinám a léčbě chronické bolesti, deprese a dalších neuropsychologických poruch.

Vědci očekávají, že flexibilní senzorická pole mohou být zdokonalena pro využití také k dalším léčebným a výzkumným účelům po celém těle. Mohly by sloužit jako neuroprotézy, kardiostimulátory, ablační zařízení nebo neurosvalové stimulátory. Jejich univerzálnost, citlivost a šetrnost k okolním tkáním je dostává do popředí nové generace BCI (rozhraní mozek-počítač).

Výzkum byl podpořen celou řadou vládních i nevládních organizací: the National Institutes of Health's National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS), the National Science Foundation, the Division of Materials Sciences at the U.S. Department of Energy, Citizens United for Research in Epilepsy, the Dr. Michel and Mrs. Anna Mirowski Discovery Fund for Epilepsy Research, and NIH's National Heart, Lung, and Blood Institute.

Publikováno: 29. listopadu 2011

Prameny a odkazy:



POZASTAVENO PŘEKLÁDÁNÍ NOVINEK


PŘEKLAD AKTUÁLNÍCH ČLÁNKŮ DO ČEŠTINY BYL POZASTAVEN Z DŮVODŮ NEDOSTATKU FINANČNÍCH PROSTŘEDKŮ. MONITOROVÁNÍ VÝZKUMU MOZKU NICMÉNĚ POKRAČUJE V RÁMCI "MIND UPLOADING PROJECT", KDE PŘINÁŠÍME AKTUÁLNÍ DĚNÍ V ORIGINÁLNÍM ANGLICKÉM ZNĚNÍ. RÁDI VYDÁVÁNÍ ČESKÝCH ČLÁNKŮ OPĚT OBNOVÍME, JAKMILE SE NA NAŠEM ÚČTĚ OBJEVÍ NĚJAKÉ PENÍZE OD ČESKÝCH DÁRCŮ A SPONZORŮ.

daruj