薄膜神經(jīng)電極改變大腦監(jiān)測(cè)和刺激方式
科技日?qǐng)?bào)北京9月19日電 (記者張夢(mèng)然)直接放置于腦組織的柔性薄膜電極在診斷和治療癲癇方面很有前景。最近,日本東京工業(yè)大學(xué)科學(xué)家藤江敏典領(lǐng)導(dǎo)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型柔性神經(jīng)電極,或徹底改變皮質(zhì)電圖(ECoG)記錄和直接神經(jīng)刺激的執(zhí)行方式。研究成果發(fā)表在最新一期《先進(jìn)材料技術(shù)》上。
新電極的基板由稱為聚苯乙烯丁二烯共聚物(SBS)的柔性材料制成的薄膜組成。研究人員使用噴墨打印機(jī),以金納米墨水在電極上制造導(dǎo)電線。最后,他們用另一層SBS薄膜作為絕緣層來(lái)覆蓋電路,激光穿孔微通道作為測(cè)量或刺激點(diǎn)。
通過(guò)廣泛的力學(xué)測(cè)試和模擬,研究人員證明電極能準(zhǔn)確貼合形狀不規(guī)則的腦組織。其簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和制造工藝也是一個(gè)主要優(yōu)勢(shì),這使得電極在實(shí)際生活中能被廣泛采用。這也是第一次證明,基于印刷電子學(xué)的ECoG電極與腦組織的力學(xué)性能非常匹配。
團(tuán)隊(duì)利用癲癇大鼠模型進(jìn)行了數(shù)次實(shí)驗(yàn)。使用新設(shè)計(jì)的ECoG電極,他們可準(zhǔn)確測(cè)量這些大鼠的一根胡須受到機(jī)械刺激時(shí),大腦中的神經(jīng)反應(yīng),還能可視化化學(xué)誘導(dǎo)的癲癇發(fā)作活動(dòng)。
總體而言,這些發(fā)現(xiàn)突出了柔性薄膜神經(jīng)電極在診斷和治療腦部疾病方面的潛力。值得注意的是,即使在手術(shù)幾周后,電極也沒(méi)有在大鼠的大腦中引起任何炎癥或不良反應(yīng),顯示了它們與生物組織的相容性。
研究人員計(jì)劃進(jìn)一步改進(jìn)他們的設(shè)計(jì),使其適合臨床應(yīng)用。譬如將薄膜電極與植入式設(shè)備集成可以使其侵入性更小,對(duì)大腦的異常電活動(dòng)更敏感,從而改善治療頑固性癲癇的診斷和治療策略。
【總編輯圈點(diǎn)】
大腦皮層的神經(jīng)元活動(dòng),可以表現(xiàn)為發(fā)出的有規(guī)律的放電節(jié)律。在頭皮上放置電極,便能記錄到反映這些皮層活動(dòng)的電位變化,這就是皮質(zhì)電圖。此次,科研人員將電極植入了大腦內(nèi)部。大腦半球上布滿深淺不一的溝和裂,但新研發(fā)的柔性電極可以貼合這些不規(guī)則的凸起和凹陷,更準(zhǔn)確地記錄不同區(qū)域的神經(jīng)反應(yīng)。癲癇由腦部神經(jīng)元異常放電引起,這種緊密包裹腦組織的神經(jīng)電極,可直接對(duì)某些靶點(diǎn)的腦電活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié),改善癲癇患者的腦功能。
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