W głąb głowy
Elastyczna elektroda rozkłada się samoczynnie wewnątrz czaszki
NAUKOWCY POCZYNILI ogromne postępy w wykonywaniu miękkich, „biokompatybilnych” elektrod. Jednak stosunkowo mniej uwagi poświęcono temu, w jaki sposób umieścić te urządzenia – szeroko stosowane w interfejsach mózg-maszyna, na przykład sterujących protezami – wewnątrz ludzkiej głowy. Badacze pod kierunkiem Stéphanie Lacour, neurotechnolożki ze szwajcarskiej Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), przedstawili w „Science Robotics” pomysłowe rozwiązanie tego problemu.
Sieci elektrod przyłożonych do powierzchni mózgu służą najczęściej do mapowania aktywności mózgu związanej z atakami u osób cierpiących na padaczkę. Konieczne jest pokrycie nimi stosunkowo dużego obszaru, co wymaga usunięcia co najmniej równej wielkości fragmentu czaszki w zabiegu zwanym kraniotomią.
Natomiast implant opracowany przez Lacour i jej współpracowników jest wprowadzany przez znacznie mniejszy otwór w czaszce. „To w istocie rozwiązuje poważny, utrzymujący się od dawna problem praktyczny […] i jest rozwiązaniem tak prostym, że realna wydaje się możliwość jego zastosowania w warunkach klinicznych” – mówi Maria Asplund, bioinżynier z Chalmers University of Technology, która nie brała udziału w tych badaniąch, lecz napisała komentarz do ich wyników.
Implant jest wykonany z elastomeru, rozciągliwego materiału, który imituje oponę twardą – błonę pokrywającą mózg. Główny autor studium, Sukho Song, inżynier również z EPFL, zapożyczył technikę zwaną „wynicowaniem” z robotyki miękkiej, tworząc nowy mechanizm rozmieszczania sieci elektrod – początkowo ich „ramiona” są schowane wewnątrz cylindrycznej oprawki niczym palce przenicowanej rękawiczki. Po wprowadzeniu oprawki przez niewielki otwór w czaszce, ciśnienie płynu sprawia, że poszczególne ramiona rozkładają się poziomo w jednomilimetrowej przestrzeni pomiędzy czaszką a mózgiem. Czujnik naprężenia sygnalizuje ich pełne rozłożenie.
Zespół badawczy wykorzystał fizyczny model mózgu w czaszce do wyznaczenia optymalnych kształtów i rozmiarów, aby zmaksymalizować pokrycie elektrodami przy jak najmniejszym nacisku na tkanki. Aktualny prototyp mieści się w dwucentymetrowym otworze i rozkłada sześć
spiralnych ramion, umożliwiając równomierne pokrycie obszaru o średnicy czterech centymetrów.
Najbardziej zbliżona wcześniejsza wersja, przeznaczona dla rdzenia kręgowego, zajmowałaby zbyt wiele miejsca, gdyby jej użyć w mózgu. „Nowo uzyskaną cechą jest to, że implant wykonuje tylko takie ruchy, jakie chcemy – mówi Asplund. – Powinien on mieć minimalną objętość i rozkładać się tylko w jednej płaszczyźnie”.
Badacze przetestowali tę technikę, wszczepiając mniej skomplikowane urządzenie z jednym prostym ramieniem miniaturowej śwince. Umieściwszy je nad korą somatosensoryczną, która przetwarza dane dotykowe, stwierdzili, że odpowiednie sygnały zostały zarejestrowane, gdy pysk zwierzęcia był stymulowany. Nie zaobserwowali przy tym żadnych widocznych oznak uszkodzenia mózgu, jakkolwiek badanie mikroskopowe wykazało nieznaczną reakcję immunologiczną. „Należy kontynuować badania – mówi Lacour – niemniej pierwsze kroki są zachęcające”.
Firma odpryskowa Neurosoft Bioelectronics pracuje nad zastosowaniami klinicznymi. „Robią duże postępy w kierunku uzyskania produktu klasy medycznej – mówi Lacour. – Prowadzą też odpowiednie rozmowy z organami regulacyjnymi”.