Биоинженеры создали электрод для нервной стимуляции

В новом исследовании ученые разработали новую технологию для нервной стимуляции.

Нервная стимуляция является развивающейся технологией, которая оказывает полезное терапевтическое воздействие при неврологических расстройствах, таких как болезнь Паркинсона. Несмотря на то, что было сделано много достижений, имплантированные устройства со временем разрушаются и вызывают образование рубцов в нервной ткани. 

Материалы и методы обследования 

Ученые в лаборатории создали имплантат из углеродного волокна диаметром 7-8 микрон, то есть размером примерно с нейрон (17-27 микрон). Они испытали технологию на фантомном мозге с использованием двухфотонного микроскопа. Исследователи измерили свойства и проанализировали эффекты, чтобы увидеть, стимулирует ли электрический потенциал от фотоэффекта клетки таким же образом, как традиционная нервная стимуляция.

Результаты научной работы

В недавнем опубликованном исследовании в журнале IEEE Transactions on Biomedical Engineering автор исследования Такаши Козай (Takashi Kozai) из Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh’s) описал менее инвазивный метод стимуляции, при котором использовался неуправляемый сверхмалый электрод, активируемый светом, — технология, которая может смягчить ущерб, нанесенный существующими методами.

«Обычно при нервной стимуляции для поддержания связи между разумом и машиной существует чрезкожный проводник от имплантированного электрода внутри мозга к контроллеру вне организма», — сказал Козай. «Движение мозга или этого проводника приводит к воспалению, образованию рубцов и другим негативным побочным эффектам. Мы надеемся уменьшить некоторые повреждения, заменив этот большой проводник длинноволновым светом и сверхмалым, неуправляемым электродом».

 

Фотоэлектрический эффект — это когда частица света или фотон попадает на объект и вызывает локальное изменение электрического потенциала. Ученые обнаружили его преимущества при проведении других исследований. Ученые ожидали увидеть электрические фототоки только на ультрафиолетовых волнах (фотоны высоких энергий), но они испытали нечто иное.

«Когда фотоэлектрический эффект загрязнил нашу электрофизиологическую запись во время съемки с помощью инфракрасного лазера (фотоны низкой энергии), мы были немного удивлены», — объяснил Козаи. «Оказалось, что исходное уравнение нужно было изменить, чтобы объяснить этот результат. Мы пытались использовать многочисленные стратегии для устранения этого фотоэлектрического артефакта, но безуспешно в каждой попытке, поэтому мы превратили «ошибку» в «особенность».

«Наша группа решила использовать эту функцию фотоэлектрического эффекта для нашего преимущества в нервной стимуляции», — сказал Козай. «Мы использовали изменение электрического потенциала с помощью лазера ближнего инфракрасного диапазона, чтобы активировать электрод в мозге».

«Мы обнаружили, что фотостимуляция эффективна», — сказал Козай. «Повышение температуры было незначительным, что снижает вероятность теплового повреждения, и активированные клетки были ближе к электроду, чем при электростимуляции в аналогичных условиях, что указывает на повышение пространственной точности».

«Чего мы не ожидали увидеть, так это того, что этот фотоэлектрический метод стимуляции позволяет нам стимулировать другую и более дискретную популяцию нейронов, чем можно было бы достичь с помощью электрической стимуляции», — сказал Козай. «Это дает исследователям еще один инструмент в их наборе инструментов для исследования нервных цепей в нервной системе. У нас было множество критиков, которые не верили в математические изменения, которые были внесены в оригинальное фотоэлектрическое уравнение Эйнштейна, но мы верили в этот подход и даже подали заявку на патент».

Группа исследователей в настоящее время изучает другие возможности для продвижения этой технологии, изучая более глубокие ткани и беспроводную доставку лекарственных препаратов.

Авторы другого исследования утверждают, что изучают электрическую активность в клетках рака предстательной железы.

Приглашаем подписаться на наш канал в Яндекс Дзен


 

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Хусаинов Руслан Халилович / автор статьи
Должность - Координатор проекта. E-mail для связи - [email protected] Врач - ультразвуковой диагностики, детский травматолог-ортопед г. Санкт-Петербург.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: