El nuevo dispositivo de electrodos emergente podría recopilar información más detallada sobre el cerebro

Comprender la interfaz neuronal dentro del cerebro es fundamental para comprender el envejecimiento, el aprendizaje, la progresión de la enfermedad y más. Sin embargo, los métodos existentes para estudiar las neuronas en los cerebros de los animales para comprender mejor los cerebros humanos tienen limitaciones, desde ser demasiado invasivos hasta no detectar suficiente información. Un dispositivo de electrodo emergente recientemente desarrollado podría recopilar información más detallada sobre las neuronas individuales y sus interacciones entre sí, al tiempo que limita el potencial de daño al tejido cerebral.

Los investigadores, codirigidos por Huanyu “Larry” Cheng, profesor asociado James L. Henderson, Jr. Memorial de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica en la Facultad de Ingeniería, publicaron sus resultados en Electrónica flexible npj.

Es un desafío comprender la conectividad entre la gran cantidad de células neuronales dentro del cerebro. En el pasado, la gente desarrolló un dispositivo que se coloca directamente en la corteza para detectar información en la capa superficial, que es menos invasiva. Pero sin insertar el dispositivo en el cerebro, es un desafío detectar la información intercortical”.

Huanyu “Larry” Cheng

En respuesta a esta limitación, los investigadores desarrollaron electrodos basados ​​en sondas que se insertan en el cerebro. El problema con este método es que no es posible obtener un diseño 3D de las neuronas y el cerebro sin hacer múltiples sondas, que son difíciles de colocar en una superficie flexible y dañarían demasiado el tejido cerebral.

“Para abordar este problema, usamos el diseño emergente”, dijo Cheng. “Podemos fabricar los electrodos del sensor con una resolución y un rendimiento comparables con la fabricación existente. Pero, al mismo tiempo, podemos colocarlos en la geometría 3D antes de que se inserten en el cerebro. Son similares a los libros emergentes para niños. : Tienes la forma plana, y luego aplicas la fuerza de compresión. Transforma el 2D en 3D. Proporciona un dispositivo 3D con un rendimiento comparable con el 2D”.

Los investigadores dijeron que, además del diseño único que aparece en tres dimensiones después de insertarse en el cerebro, su dispositivo también usa una combinación de materiales que no se había usado antes de esta manera particular. Específicamente, usaron polietilenglicol, un material que se ha usado antes, como un recubrimiento biocompatible para crear rigidez, que no es un propósito para el que se haya usado anteriormente.

“Para insertar el dispositivo en el cerebro, debe ser rígido, pero una vez que el dispositivo está en el cerebro, debe ser flexible”, dijo el coautor Ki Jun Yu de la Universidad de Yonsei en la República de Corea. “Así que usamos un revestimiento biodegradable que proporciona una capa exterior rígida en el dispositivo. Una vez que el dispositivo está en el cerebro, ese revestimiento rígido se disuelve, restaurando la flexibilidad inicial. Tomando en conjunto la estructura del material y la geometría de este dispositivo, vamos a ser capaz de obtener información del cerebro para estudiar la conectividad neuronal 3D”.

Los próximos pasos para la investigación incluyen iterar el diseño para que sea beneficioso no solo para obtener una mejor comprensión del cerebro, sino también para cirugías y tratamientos de enfermedades.

“Además de los estudios con animales, algunas aplicaciones del uso del dispositivo podrían ser operaciones o tratamientos para enfermedades en las que quizás no necesite sacar el dispositivo, pero seguramente querrá asegurarse de que el dispositivo sea biocompatible durante un largo período de tiempo”. “, dijo Cheng. “Es beneficioso diseñar la estructura lo más pequeña, suave y porosa posible para que el tejido cerebral pueda penetrar y poder usar el dispositivo como un andamio para crecer encima de eso, lo que lleva a una recuperación mucho mejor. También me gustaría usar material biodegradable que pueda disolverse después de su uso”.

Los otros colaboradores son: Ju Young Lee, Sang Hoon Park, Yujin Kim, Young Uk Cho, Jaejin Park, Jung-Hoon Hong, Kyubeen Kim, Jongwoon Shin, Jeong Eun Ju, In Sik Min y Mingyu Sang de la Universidad de Yonsei en la República. de Corea; Hyogeun Shin, Ui-Jin Jeong, Aizhan Zhumbayeva, Kyung Yeun Kim, Eun-Bin Hong, Min-Ho Nam, Hojeong Jeon y Youngmee Jung del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea en la República de Corea; Il-Joo Cho de la Universidad de Corea en la República de Corea; y Yuyan Gao y Bowen Li del Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica de Penn State.

La Fundación Nacional de Investigación de Corea y los Institutos Nacionales de Salud financiaron esta investigación.

Fuente:

Referencia de la revista:

Lee, J.Y., et al. (2022) Conjuntos de electrodos neurales tridimensionales plegables para la interfaz cerebral simultánea de superficies corticales y multicapas intracorticales. npj Electrónica Flexible. doi.org/10.1038/s41528-022-00219-y.

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