Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Elastyczne elektrody do implantów mózgowych

ghost666 13 Jan 2015 13:51 2424 2
  • Elastyczne elektrody do implantów mózgowych Jeśli chciałbyś podłączać do swojego mózgu lub rdzenia kręgowego jakąś elektronikę, to wolałbyś, aby połączenie to było sztywne czy raczej, aby podłączone do tkanki nerwowej elektrody były elastyczne i giętkie?

    Zadanie sobie takiego pytania skłoniło naukowców z Szwajcarskiego instytutu badawczego do opracowaniu nowego materiału, którego własności mechaniczne mają za zadanie przypominać te, jakimi charakteryzuje się opona twarda (łac. dura mater). Opona twarda to ochronna membrana mózgu i rdzenia kręgowego, otaczająca je z każdej strony. Swój materiał nazwali oni e-dura. Mogą być w nim zawarte elektrody, które mogą zarówno stymulować neurony, jak i pozwalać na odczyt ich stanu. Pierwsze próby na myszach pokazały, iż zastosowanie elastycznego materiału w implantach nerwowych zmniejsza stopień uszkodzenia tkanki i powoduje mniejszy stan zapalny, jeśli porówna się to z używanymi dzisiaj sztywnymi implantami. Naukowcy ze Szwajcarii twierdzą, iż zastosowanie opracowanego przez nich biokompatybilnego materiału może być kluczowym elementem długotrwałych terapii neurologicznych.

    Implanty umieszczane w mózgu czy w rdzeniu kręgowym nie są już domeną science fiction. Tysiące osób z chorobą Parkinsona czy cierpiących na epilepsję porusza się sprawnie i samodzielnie dzięki implantom wszczepionym w ich mózgi. Neurolodzy badają aktualnie możliwości zastosowania stymulacji głębokich struktur mózgu do leczenia takich chorób neuro-psychiatrycznych jak na przykład depresja. Z kolei stymulacje rdzenia kręgowego mogą pomóc sparaliżowanym osobom wstać i być może w pewnym momencie wrócić do aktywnego życia i do chodzenia. Co więcej - implanty takie można wykorzystać do odczytywania sygnałów nerwowych i do kontrolowania protez kończyn.

    Jednakże mechanika ludzkiego ciała jest bardzo dynamiczna, jak mówi Stéphanie Lacour, jedna z osób odpowiedzialnych za kierowanie opisywanym projektem i jednocześnie kierująca zakładem technologii neuroprotetycznych na Politechnice Federalnej w Lozannie (EPFL).

    "Mózg pulsuje wraz z przepływem krwi, a rdzeń kręgowy przemieszcza się wraz z naszymi ruchami w ciągu dnia" - mówi badaczka. "Konieczne jest zatem stworzenie implantu, który będzie wykazywał podobne własności mechaniczne jak otaczająca go tkanka nerwowa, co powinno zapewnić o wiele lepszy kontakt pomiędzy implantem a neuronami". E-dura zaprojektowany został do umieszczenia na powierzchni tkanek nerwowych - mózgu lub rdzenia kręgowego - i ma za zadanie zapewnić lepszy kontakt niż nieelastyczne elektrody używane aktualnie. Materiał ten nie jest niestety przeznaczony do implantów penetrujących mózg, umożliwiających stymulację głębszych jego rejonów.

    Lacour wraz ze współpracownikami rozpoczęła tworzenie implantu od przezroczystego podłoża z silikonu, na które następnie dodane zostały złote ścieżki, które zostały spreparowane tak, iż posiadają mikropęknięcia na swojej powierzchni. Pozwala to na rozciąganie takiej konstrukcji, bez uszkadzania połączeń. Na tak przygotowanym podłożu nadrukowane zostały miękkie elektrody pokryte kompozytem platynowo-silikonowym. Dodatkowo w systemie wprowadzono element nazywany 'chemotrodą', czyli elektrodą chemiczną. Jest to system mikroprzepływowy, który pozwala na dostarczanie leków bezpośrednio w miejsce ułożenia implantu.

    Elastyczne elektrody do implantów mózgowych

    Aby przetestować nowy materiał, implant taki został wszczepiony bezpośrednio do rdzenia kręgowego szczura, poniżej opony twardej, i pozostawiony tam na 6 tygodni. Taki sam zabieg, z wykorzystaniem klasycznych sztywnych implantów, zrealizowano u innego osobnika. Po tym czasie szczur z sztywnym implantem wykazywał problemy z chodzeniem, a bliższe badanie wykazało, iż sztywny implant powodował stan zapalny i deformację rdzenia kręgowego. Implant e-dura nie powodował takich komplikacji.

    Opracowana technika jednakże musi być nie tylko obojętna dla zdrowia, ale także funkcjonalna. Naukowcy zaprezentowali, iż implant e-dura pozwala na precyzyjne nagrywanie i stymulację neuronów w mózgu i rdzeniu kręgowym. Eksperyment przeprowadzony przez współautora badań, Grégoire Courtine z EPFL, przewidywał wszczepienie implantów i stymulację elektryczną i chemiczną rdzenia w celu regeneracji uszkodzeń. Po umieszczeniu implantu poniżej uszkodzenia i wykorzystaniu go w opisany sposób po sześciu tygodniach stymulacji szczur był w stanie z powrotem się poruszać.

    Courtine twierdzi, iż wbudowanie elementów mikroprzepływowych w implant jest znacznym postępem, ponieważ dostarczanie leków bezpośrednio do miejsca ich zapotrzebowania pozwala na zmniejszenie dawek pięcio- czy nawet dziesięciokrotnie. A mniejsze dawki to słabsze efekty uboczne. Jest to istotne na przykład w terapii choroby Parkinsona, gdzie standardowo używana L-dopa, która pozwala na kontrolowanie symptomów choroby powodować może także skurcze mięśni i inne nieprzyjemne efekty uboczne.

    Inne laboratoria także zajmują się opracowywaniem podobnych implantów. Jednym z przykładów takiego ośrodka może być Uniwersytet Tokijski, gdzie Takao Someya zajmuje się wytwarzaniem implantów typu sztuczna skóra. Someya komentuje e-dura, nazywając go "intymnym kontaktem z rdzeniem kręgowym" i twierdzi, iż jego wykorzystanie pozwoli na bardzo wydajną terapię poprzez precyzyjne dostarczanie leków i stymulację elektryczną. Dodaje także: "wyzwaniem w przyszłych pracach jest wbudowanie dodatkowych funkcji do układu, zwiększenie gęstości elektrod, a także dostosowanie ich rozłożenia do konkretnych przypadków".

    Źródło:

    http://spectrum.ieee.org/tech-talk/biomedical...electronics-enable-longlasting-brain-implants

    Cool! Ranking DIY
    Czy Twoje urządzenia IoT są bezpieczne? [Webinar 22.06.2021, g.9.00]. Zarejestruj się za darmo
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10407 posts with rating 8703, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • Farnell IoTFarnell IoT
  • #2
    iagre
    Level 35  
    No to nareszcie będzie możliwe zrealizowanie mojego pomysłu - cybernetyczna rozproszona wkładka antyalkoholowa (antyuzależnieniowa).
  • #3
    lukiiiii
    Level 27  
    Trochę nie za małe zagęszczeni tych elektrod? Na zdjeciu widać tylko 8 przewodów, no chyba że każdy z nich dzieli się na tysiące mniejszych.