Κινέζοι επιστήμονες ανέπτυξαν μικροηλεκτρόδια που μπορούν να κάμπτονται και να κινούνται μαζί με τον εγκέφαλο, ανοίγοντας το δρόμο για πιο προηγμένες και προσαρμόσιμες διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύθηκε στο έγκριτο περιοδικό Nature Electronics. Οι ερευνητές από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών άντλησαν έμπνευση από την ιαπωνική τέχνη του kirigami, με τα περίτεχνα τρισδιάστατα σχέδια που επιτυγχάνονται με την κοπή και την αναδίπλωση χαρτιού, για τον σχεδιασμό των νευρωνικών καταγραφέων.
Ο στόχος τους ήταν να αντιμετωπίσουν την πρόκληση της μετατόπισης των ηλεκτροδίων, ένα πρόβλημα που έχει επηρεάσει άλλες ερευνητικές προσπάθειες στις διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή, όπως αυτές της Neuralink του Elon Musk. Τα εύκαμπτα συστοιχίες μικροηλεκτροδίων που προέκυψαν εμφυτεύτηκαν σε πιθήκους μακάκους. Εκεί, αποδείχθηκε ότι μπορούσαν να κινούνται ή να κάμπτονται μαζί με τον εγκεφαλικό ιστό, επιτρέποντας την ταυτόχρονη καταγραφή εκατοντάδων νευρώνων, όπως αναφέρεται στην έρευνα που δημοσιεύθηκε στο τεύχος της 5ης Φεβρουαρίου.
Οι διεπαφές εγκεφάλου-υπολογιστή δημιουργούν μια άμεση σύνδεση μεταξύ της εγκεφαλικής δραστηριότητας και ενός υπολογιστή. Χρησιμοποιούν ηλεκτρόδια για να καταγράφουν νευρωνικά σήματα, τα οποία στη συνέχεια αναλύονται για να εκτελεστούν ενέργειες, όπως ο έλεγχος ρομποτικών χεριών. Τα μικροηλεκτρόδια, οι μικροσκοπικοί αυτοί αισθητήρες, συνήθως εμφυτεύονται στον εγκεφαλικό φλοιό, την περιοχή του εγκεφάλου που σχετίζεται με τη συνείδηση, τη σκέψη, τη μνήμη και την εκούσια κίνηση.
Η δημιουργία μικροηλεκτροδίων που να μπορούν να προσαρμόζονται στις σημαντικές κινήσεις του εγκεφάλου των πρωτευόντων είχε αποτελέσει πρόκληση. Οι πίθηκοι μακάκοι επιλέχθηκαν για τη μελέτη λόγω της ομοιότητας της εγκεφαλικής τους δομής και λειτουργίας με αυτή των ανθρώπων.
Το 2024, αναφέρθηκε ότι ο πρώτος ανθρώπινος ασθενής της Neuralink, ο οποίος έλαβε ένα εμφύτευμα chip διεπαφής εγκεφάλου-υπολογιστή, έχασε τη λειτουργικότητα της πλειοψηφίας του εμφυτεύματος ένα μήνα μετά τη διαδικασία. Η ομάδα της Neuralink διαπίστωσε ότι το 85% των εμφυτευμένων εύκαμπτων νημάτων ηλεκτροδίων είχαν υποχωρήσει ή μετατοπιστεί από τη θέση τους, σύμφωνα με δημοσίευμα του Scientific American εκείνη τη χρονιά. Παρόλο που η Neuralink κατάφερε να προσαρμόσει τον αλγόριθμο του συστήματος ώστε να ανταποκρίνεται στα ηλεκτρόδια που εξακολουθούσαν να στέλνουν δεδομένα, επαναφέροντας κάπως τη λειτουργικότητα, η υποχώρηση των νημάτων παραμένει ένα σημαντικό εμπόδιο στην ανάπτυξη νευρωνικών διεπαφών.
Σύμφωνα με την κινεζική ομάδα, η μετατόπιση των νημάτων μπορεί να μειώσει την ακρίβεια των καταγραφών και να θέσει σε κίνδυνο τον “ακριβή στόχο” των επιθυμητών περιοχών του εγκεφάλου. Θα μπορούσε επίσης να προκαλέσει βλάβη στους ιστούς, οδηγώντας σε φλεγμονώδεις αντιδράσεις, ακόμη και σε απώλεια νευρωνικών κυττάρων. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, οι Κινέζοι ερευνητές ανέπτυξαν εξαιρετικά ελαστικές, σπειροειδείς συστοιχίες μικροηλεκτροδίων που μπορούν να προσαρμόζονται στις κινήσεις του εγκεφάλου με τρόπους που τα παραδοσιακά γραμμικά ηλεκτρόδια αδυνατούν.
Χρησιμοποιώντας τεχνικές εμπνευσμένες από το kirigami, οι ερευνητές δημιούργησαν μικροηλεκτρόδια που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για “μεγάλης κλίμακας, μακροχρόνιες καταγραφές νευρωνικής δραστηριότητας στον εγκέφαλο πρωτευόντων”, όπως αναφέρεται στην έρευνα. Για να αποφευχθεί η βλάβη στους ιστούς λόγω τριβής κατά την εμφύτευση των νημάτων, η ομάδα τοποθέτησε αρχικά ένα υδρογέλης στην επιφάνεια του εγκεφάλου του πιθήκου. Στη συνέχεια, οι συστοιχίες μεταφέρθηκαν στην επιφάνεια χρησιμοποιώντας έναν υδατοδιαλυτό φορέα. Μια συσκευή-φορέας εισήγαγε τα σπειροειδή νήματα στο καλυμμένο με υδρογέλη εγκεφαλικό ιστό, τοποθετώντας τα σε βάθος 2 χιλιοστών. Η βάση των νημάτων παρέμεινε ανεξάρτητη και “αιωρούμενη” στον εγκέφαλο, ώστε να accommodates τις κινήσεις του.
“Δείχνουμε ότι η εμφυτευμένη συστοιχία μπορεί να παρέχει ταυτόχρονες καταγραφές δραστηριότητας από πάνω από 700 νευρώνες του φλοιού στον εγκέφαλο ενός πιθήκου μακάκου”, δήλωσαν οι ερευνητές. Πολλαπλά σπειροειδή νήματα θα μπορούσαν να εισαχθούν αποτελεσματικά σε μια μεγάλη εγκεφαλική περιοχή, επιτρέποντας νευρωνικές καταγραφές υψηλής πυκνότητας για καλύτερη κατανόηση του πώς οι εγκεφαλικές λειτουργίες προκύπτουν από τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των νευρώνων.
