تلاش برای ساخت ایمپلنت مغزی تزریقی

الکترودها بی ضرر به نظر می رسیدند: گورخرماهی پس از پمپاژ ماده به سرش با خوشحالی به اطراف شنا می کرد و زمانی که دانشمندان ماهی را کشتند و تکه هایی از مغز آن را برداشتند، هیچ جای زخمی ندیدند. حتی نورون هایی که کاملاً در الکترودها جاسازی شده بودند سالم به نظر می رسیدند. با این حال، انسان ها موجودات مختلفی هستند و برگرن بر اساس تجربیات خود می داند که آنچه در یک موجود زنده کار می کند، همیشه در موجود دیگر کارآمد نیست.

برگرن کار خود را با تلاش برای استفاده از مولکولی که قبلاً برای تشکیل پلیمر در گیاهان طراحی کرده بود آغاز کرد. اما وقتی سعی کرد از این مولکول در حیوانات استفاده کند، هیچ اتفاقی نیفتاد. او می گوید: «سال اول پروژه با شکست کامل مواجه شد.

سرانجام، Xenophon Strakosas، استادیار شاغل در آزمایشگاه Bergren، این مشکل را کشف کرد: در گیاهان، پراکسید هیدروژن به اتصال ماده تزریق شده کمک می‌کند، اما در حیوانات، پراکسید هیدروژن کافی برای انجام واکنش وجود نداشت. بنابراین Strakosas عناصر دیگری را به ترکیب اضافه کرد: آنزیمی که از گلوکز یا لاکتات که در بافت های حیوانی فراوان است برای تولید پراکسید استفاده می کند و آنزیمی دیگر که پراکسید را تجزیه می کند. ناگهان الکترودها به طور کامل تشکیل شدند.

برای کارشناسانی مانند ماریا آسپلوند، استاد میکروفنولوژی بیوالکترونیک در دانشگاه فناوری چالمرز در سوئد، ایده ساخت الکترود در داخل بدن ایده کاملا جدیدی است. او می گوید: شیمیدان ها می توانند کارهای باورنکردنی انجام دهند. اما آسپلوند، که بیش از یک دهه بر روی الکترودهای سازگار با مغز کار کرده است، هنوز قصد ندارد از روش‌های آزمایش شده و واقعی خود برای ایجاد الکترود دست بکشد. یکی از دلایل این است که ابزار جدید هنوز روی پستانداران آزمایش نشده است و هیچ کس نمی داند چقدر در بدن دوام می آورد.

مهمتر از آن، اگرچه الکترودها ممکن است قادر به هدایت سیگنال های الکتریکی باشند، برگرن و همکارانش راه حلی برای خارج کردن سیگنال ها از مغز یا ارسال جریان به خارج از مغز ندارند تا دانشمندان بتوانند سیگنال ها یا الکترودها را مشاهده کنند. برای تحریک مغز استفاده شود. .

البته آنها چندین گزینه دارند. یکی این است که یک سیم عایق را مستقیماً به الکترودها بچسبانید تا سیگنال ها را از عمق مغز به سطح جمجمه منتقل کنید، جایی که دانشمندان می توانند آنها را اندازه گیری کنند. اما سیم می تواند به بافت مغز آسیب برساند، که دقیقاً همان چیزی است که تیم سعی دارد از آن جلوگیری کند. در عوض، محققان ممکن است سعی کنند اجزای دیگری را طراحی کنند که می تواند به طور خود به خود در داخل مغز تشکیل شود، مانند الکترودها، به طوری که سیگنال می تواند به صورت بی سیم از خارج از مغز خوانده شود.

اگر برگرن و همکارانش نحوه برقراری ارتباط با الکترودها را بیابند، همچنان در رقابت با دستگاه‌های پیچیده‌ای مانند NeuroPixel که می‌تواند همزمان فعالیت صدها نورون را ثبت کند، مشکل خواهند داشت. ژاکوب رابینسون، دانشیار مهندسی برق و الکترونیک در دانشگاه رایس در تگزاس، می گوید که دستیابی به این درجه از دقت با الکترودهای نرم می تواند دشوار باشد. او می‌گوید که معمولاً بین عملکرد و پرخاشگری تعادلی وجود دارد. چالش این است که بر این محدودیت ها غلبه کنیم.

حداقل برای شروع، تحریک مغز ممکن است استفاده بهتری برای الکترودهای نرم باشد زیرا به دقت زیادی نیاز ندارد. آرون باتیستا، استاد مهندسی زیستی در دانشگاه پیتسبورگ که رابط‌های مغز و کامپیوتر را در میمون‌ها مطالعه می‌کند، می‌گوید که حتی ثبت نام‌های غیردقیق نیز می‌تواند برای افرادی که کاملاً فلج هستند مفید باشد. الکترودهای نرم ممکن است با اندازه‌گیری مستقیم سیگنال‌های مغزی نتوانند گفتار روانی تولید کنند، اما برای بیمارانی که اصلاً نمی‌توانند حرکت کنند، توانایی برقراری ارتباط با استفاده از بله و خیر می‌تواند تفاوت بزرگی ایجاد کند.

با این حال، الکترودهای پلیمری فقط نسخه ایمن تر و دقیق تر از الکترودهای معمولی نیستند. از آنجا که آنها در حضور برخی مواد تشکیل می شوند، می توان از آنها برای هدف قرار دادن بخش هایی از مغز که دارای خواص شیمیایی خاص هستند استفاده کرد.

Bergren و Strakosas قصد دارند روش خود را به گونه‌ای اصلاح کنند که ژل تنها در مناطق خاصی از مغز که در آن‌ها مقدار زیادی لاکتات در دسترس است، سخت شود، مناطقی که بیشترین فعالیت را دارند. با استفاده از این استراتژی، آن‌ها می‌توانند به طور خاص ناحیه‌ای از مغز را که در آن تشنج فرد شروع می‌شود، هدف قرار دهند. این گروه تحقیقاتی به زودی روش خود را روی موش های صرعی آزمایش خواهند کرد.

اگر برگرن و تیمش بتوانند بر موانع علمی پیش روی خود غلبه کنند، در نهایت باید بتوانند مجوز استفاده از این فناوری را در محیط های پزشکی دریافت کنند. نمی توان پیش بینی کرد که چقدر طول می کشد تا مجوز به خصوص برای یک ماده جدید دریافت شود. اما باوتیستا معتقد است که این کشف می تواند نوید دهنده عصر جدیدی در فناوری الکترود باشد که در نهایت تحقق خواهد یافت. او می‌گوید: «من نمی‌توانم مطمئن باشم که کسی که امروز زنده است بتواند یک ایمپلنت عصبی الکترونیکی انعطاف‌پذیر داشته باشد. اما به نظر می رسد روزی افراد نیازمند به چنین فناوری دست پیدا کنند.