Hjärnsignaler fångas med mjuk elektronik
Forskare vid Linköpings universitet har i samarbete med internationella kollegor utvecklat en ny sorts mjuk elektronik för att mäta hjärnsignaler. Arbetet som publiceras i tidskriften Advanced Materials visar att den mjuka elektroniken kan registrera hjärnsignaler under tre månaders tid med bibehållen signalkvalité. Detta kan i framtiden leda till förbättrade behandlingar av neurologiska sjukdomar.
Att mäta signaler från hjärnan eller kroppens nervsystem är en viktig pusselbit för att kunna diagnosticera och behandla neurologiska störningar och sjukdomar, som exempelvis epilepsi och nervskador. Ett hinder för att åstadkomma långsiktigt stabila gränssnitt mellan vävnad och elektronik är systemens vitt skilda mekaniska egenskaper. Rörelser kan orsaka skador och inflammationer i kontaktytan mellan den mjuka elastiska vävnaden och den hård elektroniken, vilket dämpar ut nervsignalerna man vill mäta.
Nu har forskare vid Linköpings universitet och ETH Zürich utvecklat en ny sorts mjukt elektriskt ledande material med mekaniska egenskaper som liknar kroppens vävnad. I normala fall är metalliska ledare hårda och styva, men det nya materialet är baserat på guldnanotrådar inbäddade i silikongummi och det kan därför töjas till dubbla sin längd med bibehållen hög ledningsförmåga. Kompositen är biokompatibel och stabil under lång tid i våta miljöer. Baserat på en ny tillverkningsprocess mönstras rutnät av 32 stycken 50 µm stora elektroder som kan mäta nervsignaler även på krökta ytor.
I samarbete be hjärnforskare på Columbia University och New York University har elektroderna implanterats på hjärnbarken i fritt levande råttor. En liten förstärkare på råttans huvud skicka vidare de uppmätta signalerna som sedan sparas i en dator. Studien visar att signalkvalitén är oförändrad efter tre månader implantering och att lokala variationer i nervsignalerna på hjärnan kan utläsas.
Det finns en hel del intressanta tillämpningar för långtidsstabila implantat som kan utläsa spatiotemporal information. En attraktiv tillämpning är ”brain-machine interfaces” som tex. kan användas för att syra proteser eller för direktkommunikation med datorer. En annan är så kallade ”closed-loop systems” där behandlingen styrs automatiskt baserat på insignaler från mätningarna. Även tillämpningar mot det perifera nervsystemet inklusive kontroll av organ är av intresse för framtiden.
Referens: High-Density Stretchable Electrode Grids for Chronic Neural Recording, Klas Tybrandt, Dion Khodagholy, Bernd Dielacher, Flurin Stauffer, Aline F. Renz, György Buzsáki, and János Vörös, Advanced Materials 2018. DOI: 10.1002/adma.201706520
