Att kunna mäta hjärnans elektriska aktivitet har hjälpt oss att få en mycket bättre förståelse för hjärnans processer, funktioner, och sjukdomar under de senaste decennierna. Än så länge, mycket av denna aktivitet har mätts via elektroder placerade på hårbotten (genom elektroencefalografi (EEG)); dock, att kunna ta emot signaler direkt inifrån själva hjärnan (genom neurala gränssnittsenheter) under dagliga aktiviteter skulle kunna ta neurovetenskap och neuromedicin till helt nya nivåer. Ett stort bakslag för denna plan är att tyvärr, implementera neurala gränssnitt har visat sig vara anmärkningsvärt utmanande.

Materialen som används i de små elektroderna som kommer i kontakt med nervcellerna, såväl som för alla kontakter, bör vara flexibel men ändå hållbar nog att tåla en relativt tuff miljö i kroppen. Tidigare försök att utveckla långvariga hjärngränssnitt har visat sig vara utmanande eftersom kroppens naturliga biologiska svar, såsom inflammation, försämra elektrodernas elektriska prestanda med tiden. Men tänk om vi hade något praktiskt sätt att lokalt administrera antiinflammatoriska läkemedel där elektroderna kommer i kontakt med hjärnan?

I en nyligen publicerad studie publicerad i Mikrosystem och nanoteknik , ett team av koreanska forskare utvecklade ett nytt multifunktionellt hjärngränssnitt som samtidigt kan registrera neuronaktivitet och leverera flytande läkemedel till implantationsstället. Till skillnad från befintliga stela enheter, deras design har en flexibel 3D-struktur där en rad mikronålar används för att samla in flera neurala signaler över ett område, och tunna metalliska ledande ledningar för dessa signaler till en extern krets. En av de mest anmärkningsvärda aspekterna av denna studie är att, genom att strategiskt stapla och mikrobearbeta flera polymerlager, forskarna lyckades införliva mikrofluidkanaler på ett plan parallellt med de ledande linjerna. Dessa kanaler är anslutna till en liten reservoar (som innehåller läkemedlen som ska administreras) och kan föra ett stadigt flöde av vätska mot mikronålarna.

Teamet validerade sitt tillvägagångssätt genom hjärngränssnittsexperiment på levande råttor, följt av en analys av läkemedelskoncentrationen i vävnaden runt nålarna. De övergripande resultaten är mycket lovande, som Prof. Sohee Kim från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Korea, som ledde studien, anmärkningar:"Flexibiliteten och funktionaliteten hos vår enhet kommer att bidra till att göra den mer kompatibel med biologiska vävnader och minska negativa effekter, som alla bidrar till att öka livslängden för det neurala gränssnittet."

Utvecklingen av hållbara multifunktionella hjärngränssnitt har implikationer över flera discipliner. "Vår enhet kan vara lämplig för gränssnitt mellan hjärna och maskin, som gör det möjligt för förlamade människor att röra robotarmar eller ben med hjälp av sina tankar, och för behandling av neurologiska sjukdomar med hjälp av elektrisk och/eller kemisk stimulering över år, " säger Dr Yoo Na Kang från Korea Institute of Machinery &Materials (KIMM), första författare till studien.