Investigadores de Penn State diseñaron un electrodo emergente para monitorear el cerebro y otras aplicaciones que requieren una interfaz neuronal. El diseño emergente comienza como una estructura bidimensional plegada con un revestimiento exterior rígido que facilita su inserción en el cerebro. Una vez en su lugar, la capa dura se disuelve, revelando un material más suave y flexible que es menos probable que cause daño a los tejidos. El dispositivo puede desplegarse, como las estructuras de los libros emergentes para niños, para formar una matriz de electrodos de superficie y cuatro vástagos penetrantes que pueden medir señales desde lo más profundo del tejido neural. Los investigadores esperan que el dispositivo ayude a impulsar tecnologías médicas avanzadas, como las interfaces cerebro-computadora.
"Es un desafío comprender la conectividad entre la gran cantidad de células neuronales del cerebro", dijo Huanyu Cheng, investigador involucrado en el estudio. “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 invasivo. Pero sin insertar el dispositivo en el cerebro, es un desafío detectar la información intercortical".
Si bien insertar electrodos en el cerebro mismo, en lugar de simplemente colocarlos en su superficie, puede generar más información de tejidos neuronales más profundos, lograr una perspectiva 3D sobre cómo se interconectan las neuronas requeriría la colocación de múltiples sondas rígidas en diferentes áreas, lo que puede agregar en términos de daño a los tejidos neurales. Esta limitación llevó a los investigadores a desarrollar un diseño emergente con la esperanza de que pudiera proporcionar datos de conectividad 3D sin un nivel similar de daño al cerebro.
"Para abordar este problema, utilizamos el diseño emergente", dijo Cheng. “Podemos fabricar los electrodos sensores con una resolución y un rendimiento comparables a los de la fabricación existente. Pero al mismo tiempo, podemos introducirlos en la geometría 3D antes de insertarlos 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 al 2D”.
Los investigadores cubrieron el dispositivo con una capa de polietilenglicol que imparte rigidez pero se descompone en el cerebro, lo que permite que el dispositivo recupere algo de flexibilidad. Los investigadores esperan que la tecnología ayude a crear tecnologías más efectivas y seguras que dependan de la interfaz neuronal.
“Además de los estudios en animales, algunas aplicaciones del uso del dispositivo podrían ser operaciones o tratamientos para enfermedades en las que es posible que no sea necesario sacar el dispositivo, pero sí querrás asegurarte 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 utilizar el dispositivo como andamio para crecer encima, lo que conducirá a una recuperación mucho mejor. También nos gustaría utilizar material biodegradable que pueda disolverse después de su uso”.
Estudio en la revista npj Flexible Electronics : matrices de electrodos neuronales tridimensionales plegables para la interfaz cerebral simultánea de la superficie cortical y multicapas intracorticales
Vía: Penn State
