Um implante cerebral transparente pode ler a atividade neural profunda da superfície

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em San Diego (EUA), desenvolveram um implante cerebral ou nervoso que fornece informações sobre a atividade cerebral profunda, permanecendo em sua superfície. Este implante consiste em uma tira de polímero fina, transparente e flexível e está equipado com uma densa rede de eletrodos de grafeno.

Testada em camundongos geneticamente modificados, a técnica aproxima os pesquisadores da criação de uma interface cérebro-computador (BCI) minimamente invasiva que fornece dados de alta resolução sobre a atividade neuronal profunda usando gravações da superfície do cérebro.

Tecnologia inovadora

Um novo implante neural foi desenvolvido emUniversidade da Califórnia, San Diego Oferece o melhor dos dois mundos. O implante é uma tira de polímero fina, transparente e flexível que se adapta à superfície do cérebro. A banda é incrustada com uma malha de alta densidade de Eletrodos circulares pequenos de grafenoCada um tem 20 micrômetros de diâmetro. Cada eletrodo é conectado por um fio de grafeno com alguns micrômetros de comprimento a uma placa de circuito impresso.

Quando colocado na superfície do cérebro, o implante registra sinais elétricos dos neurônios nas camadas externas. Enquanto isso, os pesquisadores usaram um microscópio de dois fótons para iluminar o implante com luz laser e obter imagens de picos de cálcio em neurônios até 250 micrômetros abaixo da superfície.

Resultados promissores

Os pesquisadores descobriram uma relação entre sinais elétricos superficiais e alto teor de cálcio nas camadas mais profundas. Esta ligação permitiu aos investigadores utilizar sinais eléctricos de superfície para treinar redes neurais para prever a actividade do cálcio – não apenas para grandes grupos de neurónios, mas também para neurónios individuais – em diferentes profundidades.

A vantagem de poder prever a atividade do cálcio a partir de sinais elétricos é que isso supera as limitações dos experimentos de imagem. Ao obter imagens de picos de cálcio, a cabeça da pessoa deve ser fixada ao microscópio. Essas experiências podem durar apenas uma ou duas horas por vez.

Sintético

Para melhor compreensão

O que é um implante neural?

Um implante neural é um dispositivo médico projetado para estimular, registrar ou bloquear sinais no cérebro. Esses implantes podem ser usados ​​para tratar uma variedade de distúrbios neurológicos, como doença de Parkinson, epilepsia e depressão.

O que é uma interface cérebro-computador?

A interface cérebro-computador (BCI) é um sistema que permite a comunicação direta entre o cérebro e um dispositivo externo. As interfaces de interface cerebral (BCIs) são usadas em pesquisas biomédicas e neurológicas, mas também têm aplicações potenciais em campos de defesa.

O que é grafeno?

O grafeno é uma forma alótropa de carbono que consiste em um único plano de átomos de carbono dispostos em uma rede hexagonal. É extremamente forte, leve, transparente e condutor, o que o torna útil em diversas aplicações, desde eletrônica até medicina.

Qual é a atividade do cálcio no cérebro?

A atividade cerebral do cálcio refere-se a flutuações nas concentrações de cálcio nos neurônios, que desempenham um papel fundamental na forma como os neurônios se comunicam entre si. A atividade do cálcio pode ser medida usando técnicas especiais de imagem.

Quais são as vantagens desta nova tecnologia?

Esta nova tecnologia fornece informações de alta resolução sobre a atividade neuronal profunda, o que poderá melhorar a nossa compreensão do cérebro e ajudar a desenvolver novos tratamentos para distúrbios neurológicos.

Referências

Ilustração: Este implante fino e flexível colocado na superfície do cérebro permite aos pesquisadores coletar informações de alta resolução sobre a atividade dos neurônios dentro do cérebro sem danificar seu delicado tecido. Crédito: David Pilot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

Artigo “Matrizes de grafeno transparente de alta densidade para prever a atividade de cálcio celular em profundidade a partir de registros de potencial de superfície” – DOI: 10.1038/s41565-023-01576-z

[ Rédaction ]