Исследователи из Университета Карнеги-Меллона впервые разработали CMU Array — новый тип массива микроэлектродов для платформ интерфейса мозг-компьютер. Он может изменить то, как врачи могут лечить неврологические расстройства.
Массив микроэлектродов сверхвысокой плотности (MEA), напечатанный на 3D-принтере в наномасштабе, полностью настраивается. Это означает, что однажды пациенты, страдающие эпилепсией или потерей функций конечностей из-за инсульта, смогут получить персонализированное лечение, оптимизированное для их индивидуальных потребностей.
Сотрудничество объединяет опыт Рахула Паната, доцента машиностроения, и Эрика Иттри, доцента биологических наук. Команда применила новейшую технику микропроизводства, аэрозольную струйную 3D-печать, для производства массивов, которые решили основные конструктивные барьеры других массивов интерфейса мозг-компьютер (BCI). Результаты были опубликованы в журнале Science Advances .
«Аэрозольная струйная 3D-печать предлагает три основных преимущества, — пояснил Панат. «Пользователи могут настраивать свои MEA в соответствии с конкретными потребностями; MEA могут работать в трех измерениях в мозгу; а плотность MEA увеличивается и, следовательно, становится более надежной».
BCI на основе MEA соединяют нейроны в мозге с внешней электроникой для мониторинга или стимуляции активности мозга. Они часто используются в таких приложениях, как нейропротезные устройства, искусственные конечности и визуальные имплантаты для передачи информации от мозга к конечностям, которые потеряли функциональность. BCI также имеют потенциальное применение в лечении неврологических заболеваний , таких как эпилепсия, депрессия и обсессивно-компульсивное расстройство. Однако существующие устройства имеют ограничения.
Существует два типа популярных устройств BCI. Самым старым MEA является массив Юта, разработанный в Университете Юты и запатентованный в 1993 году. В этом массиве на основе силикона используется поле крошечных штифтов или хвостовиков, которые можно вставлять непосредственно в мозг для обнаружения электрического разряда от нейронов в наконечник каждой булавки.
Другим типом является массив Мичиган, который печатается на плоских тонких силиконовых чипах. Он считывает электроны, когда они простреливают чипы. Из-за конструктивных ограничений оба этих массива могут записывать только в двумерной плоскости. Это означает, что их нельзя настроить в соответствии с потребностями каждого пациента или применения.
Наиболее важным аспектом МЭА является его способность трехмерного отбора проб, которая ограничена плотностью микроэлектродов в массиве и возможностью размещения этих массивов в точном месте, которое необходимо измерить. Современные технологии производства МЭБ значительно продвинулись вперед в отношении плотности этих массивов микроэлектродов. Добавление третьего измерения значительно увеличивает возможности выборки массивов. Кроме того, MEA, изготавливаемые по индивидуальному заказу для каждого конкретного приложения, позволяют получать более точные и достоверные показания.
Исследовательский CMU Array является самым плотным BCI, примерно на порядок более плотным, чем BCI Utah Array.
Востребованы МЭА более высокого качества. MEA, используемые для управления виртуальными действиями на компьютере или сложными движениями конечностей, наталкиваются на ограничения текущей технологии. Для более продвинутых приложений требуются MEA, которые настраиваются для каждого человека и имеют гораздо более высокую точность, чем те, что доступны в настоящее время.
«Теперь в течение нескольких дней мы можем изготовить прецизионное медицинское устройство, адаптированное к потребностям пациента или экспериментатора», — говорит Иттри, соавтор исследования. Кроме того, в то время как такие технологии, как стимуляция зрительной коры и управление искусственными конечностями, успешно используются общественностью, возможность персонализировать систему управления в мозге может проложить путь к огромному прогрессу в этой области.
Панат предсказывает, что для испытаний на людях может потребоваться пять лет, а для коммерческого использования — еще больше. Команда рада представить этот успешный процесс другим исследователям в этой области, чтобы начать тестирование широкого спектра приложений.
Ожидается получение патента на архитектуру CMU Array и метод производства. Следующим шагом, по словам Паната, является работа с Национальными институтами здравоохранения (NIH) и другими деловыми партнерами, чтобы как можно быстрее передать эти результаты другим лабораториям и подать заявку на финансирование для коммерциализации этой технологии.
Жир на животе в сочетании с дефицитом витамина D резко повышает риск смерти
Крупное исследование с участием более 5 500 взрослых старше 50 лет выявило потенциально опасное сочетание рисков для здоровья. Люди с абдоминальным ожирением и дефицитом витамина D сталкивались с риском смерти…
Дикий мед содержит необычайно высокое количество полезных для здоровья веществ
Согласно новым исследованиям польских ученых, традиционный дикий лесной мед, производимый пчелами, живущими в ульях на деревьях, содержит необычайно высокое количество природных соединений, обладающих антимикробными и антиоксидантными свойствами. Исследователи из Вроцлавского…
Ученые обнаружили: недостаток клетчатки заставляет микробы повреждать защиту кишечника
Растительные диеты поддерживают здоровье несколькими способами, включая пользу для кишечника, иммунной системы, обмена веществ и сердечно-сосудистой системы. Часть этого эффекта связана с стимулированием разнообразной популяции бактерий в кишечнике. Учёные давно…
Повреждения НПЗ в Уфе и 453 украинских БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы
Российские средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваторией Черного моря 453 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. В Уфе после…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек, еще 18 получили ранения
Вооруженные силы Украины (ВСУ) продолжают совершать атаки по территории Белгородской области, за минувшие сутки от ударов погиб мирный житель, еще 18 получили ранения. Об этом сообщил врио губернатора Александр Шуваев.…
ВС России поразили резервуары с ГСМ в порту Черноморск и сухогруз в море
Российские военные поразили резервуары с горюче-смазочными материалами (ГСМ) для ВСУ в порту Черноморск и сухогруз с военным грузом в море. Об этом сообщили в Минобороны России. "Вооруженные силы Российской Федерации…
Поляки кулаками перевоспитывают украинцев
«Конец солидарности». Так польские СМИ описывают всплеск насилия в отношении украинцев на территории...
Астрономы обнаружили гигантскую каменистую «мега-Землю», в 23 раза больше Земли
Астрономы обнаружили необычайно массивную и плотную экзопланету, которая ставит под сомнение общепри...
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".