用薄膜神经电极彻底改变大脑监测和刺激

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用薄膜神经电极彻底改变大脑监测和刺激

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东京理工大学的科学家最近证明,直接放置在脑组织上的柔性薄膜电极有望用于癫痫的诊断和治疗。得益于创新而直接的设计,这些耐用的电极与脑组织的机械性能精确匹配,从而在皮层电图记录和靶向神经刺激期间获得更好的性能

测量大脑活动是诊断癫痫和其他神经精神疾病的有用技术。在采用的几种方法中,脑电图(EEG)是侵入性最小的。在脑电图记录过程中,电极通常放置在头皮上。然而,这限制了脑电图的分辨率,因为来自大脑的电信号在到达头皮时会衰减和失真

相反,皮层电图(ECoG)涉及将神经电极直接放置在大脑表面。ECoG电极与感兴趣区域密切接触,可以更好地记录大脑活动。此外,还可以通过它们发送电脉冲来刺激特定的神经元群,以控制癫痫发作。然而,传统的ECoG电极具有一个主要缺点。它们通常与脑组织的机械特性和曲率不匹配,导致脑压力增加和其他不良影响。尽管已经开发出软神经电极来缓解这一问题,但它们要么缺乏耐用性和强度,要么需要复杂的制造工艺

为了解决这些问题,东京理工学院(Tokyo Tech)副教授藤江敏诺里(Toshinori Fujie)领导的一个研究小组开发了一种新型柔性神经电极。他们的设计和发现最近发表在《先进材料技术》上,可以彻底改变ECoG记录和直接神经刺激的执行方式

所提出的电极的基底由一种称为聚苯乙烯-嵌段聚丁二烯-嵌段聚苯乙烯(SBS)的柔性材料制成的薄膜组成。研究人员使用喷墨打印机在电极上用金纳米墨水制作导电布线。最后,他们通过堆叠另一层SBS作为绝缘层,用激光穿孔的微通道作为测量或刺激点来覆盖电路

通过广泛的机械测试和模拟,研究人员证明电极准确地符合包含许多不规则脊的脑组织的形状。其简单的设计和制造工艺也是一个主要优势,因为它有助于在实际应用中广泛采用所提出的电极。Fujie博士强调:“据我们所知,这是第一项基于印刷电子器件的超适形ECoG电极的研究,它与脑组织的机械特性非常匹配。”

为了展示他们设计的潜力,该团队在癫痫大鼠模型上进行了几项实验。使用新设计的ECoG电极,他们可以准确地测量这些大鼠的一根胡须受到机械刺激时大脑中的神经反应。此外,他们还可以观察化学诱导癫痫期间的癫痫活动。此外,研究人员通过特定通道发送的电脉冲触发大鼠胡须和手臂的运动,证明了所提出的电极可以刺激大脑的不同区域

总的来说,这些发现突出了柔性薄膜神经电极在诊断和治疗癫痫和其他脑部疾病方面的潜力。值得注意的是,即使在手术后几周,电极也没有对大鼠的大脑造成任何炎症或不良影响,这突出了它们与生物组织的兼容性

研究人员计划进一步改进他们的设计,使其适合临床应用。Fujie博士解释道:“我们的薄膜电极与植入式设备的集成可以使其对大脑异常电活动的侵入性更小、更敏感。”。“这将有助于改善顽固性癫痫的诊断和治疗策略。”

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