Китайски учени разработиха покритие, което може да удължи живота на мозъчните импланти

Китайски изследователи разработиха многофункционално покритие за електроди. То е предназначено за мозъчно-компютърни интерфейси и дългосрочни имплантации. Разработката цели да ограничи загубата на сигнала и залепването към мозъчната тъкан.

Екипът е ръководен от Джан Уей от Института по физика и химия към Китайската академия на науките. В проекта участват още Пекинската болница „Тиентан“, Шанхайският институт по микросистеми и информационни технологии. Партньор е и компанията NeuroXess, специализирана в мозъчно-компютърни интерфейси.

Мозъчно-компютърните интерфейси съчетават невронауката и изкуствения интелект. Технологията обаче среща сериозни трудности при продължително използване. Имунната реакция може да отдалечи електродите от нервната тъкан само няколко месеца след имплантирането.

Това влошава качеството на сигналите и намалява броя на работещите канали. Хроничното възпаление също предизвиква образуване на съединителна тъкан около електродите. Тя изолира импланта и го отделя от невроните.

При дълго имплантиране електродите могат да се свържат трайно с мозъчната тъкан. Това усложнява отстраняването им и увеличава риска от увреждане при последваща операция.

Новото катийонно редуващо се пептидно покритие запазва гъвкавостта на електродите. То запазва и тяхната електропроводимост. Освен това материалът има антибактериални свойства и ограничава натрупването на протеини. Покритието потиска и имунната реакция около импланта.

Покритите електроди са функционирали стабилно в мозъка повече от 300 дни. След този период изследователите са ги отстранили без значителни увреждания на околните тъкани. Това показва възможност за безопасна подмяна след износване.

Резултатите идват от 300-дневно изследване върху животни. При непокритите електроди записът на мозъчната активност рязко отслабнал след 90 дни. След 300 дни тези електроди почти не регистрирали невронни сигнали.

Покритите електроди запазили стабилен брой работещи канали след 300 дни. Те продължили да регистрират невронни сигнали с амплитуда над 155 микроволта. Според публикуваните резултати това показва по-устойчива работа при продължително имплантиране.

Разликата се откроила и при стимулирането на нервната система. Конвенционалните електроди изисквали ток от 100 микроампера. С него те предизвиквали само слаби движения на крайниците.

Покритите електроди постигали отчетливо движение само с 2 микроампера. Това представлява 50-кратно повишаване на ефективността на невронната стимулация. Така покритието намалява необходимия ток при експерименталните условия.

Тестовете за отстраняване показали допълнително предимство. Покритите електроди били извадени в цялостен вид. Те причинили минимално увреждане на тъканите около себе си.

Според изследователския екип резултатите могат да подпомогнат по-широкото клинично приложение на BCI системите. Подобна разработка е част от бързо развиваща се област. Други достижения са описани в материала за нов пробив в клиничните изпитания на интерфейс мозък-компютър.