Činnost mozku mapována speciálním implantátem

Helena Vrecková  |  Věda

Flexibilní senzory umožňují vědcům a doktorům zkoumat místa mozku, ze kterých se jim zatím dostávalo jen omezených informací.

O fungování mozku již máme mnoho let díky vědě docela jasnou představu. I přesto však některé procesy stále ještě nedokážeme přesně vysvětlit. To se týká například hledání příčin a míst vzniku různých onemocnění. Jedním z těchto onemocnění je také epilepsie.

Vědci z Polytechnického institutu na univerzitě v New Yorku (NYU – Poly), pod vedením Jonathana Viventiho, nyní navrhli senzor, tvořený ultratenkými křemíkovými tranzistory. Tyto tranzistory jsou schopné získávat informace o činnosti velkých oblastí mozku s minimálním použitím propojovacích drátů. Flexibilita implantabilního zařízení (elektronické zařízení implantované do mozku) umožní lékařům mapovat činnost částí mozku, ze kterých do nynějška měli jen omezené množství informací, přitom však nijak nepoškodí mozkovou tkáň.

Předcházení zdravotním problémům

V současnosti je sledování činnosti mozku omezeno na jednotlivé snímače připojené ke tkáni, které jsou mezi sebou propojeny dráty. Proč je tedy nutné vyměnit tyto snímače za nový flexibilní senzor?

Problém nynějších snímačů je vysoká hmotnost a velikost (až 5 milimetrů v průměru). Snímače jsou navíc rozmístěny vždy jeden centimetr od sebe a nedokážou tedy poskytnout zmapování větších ploch. Avšak právě to potřebují lékaři nejvíce. V některých vážných případech, kdy se epileptické záchvaty vyskytují příliš často, je nutná operace. Při ní lékař odstraní část mozku, která způsobuje záchvaty. K takovému zákroku však potřebuje přesný obraz, aby viděl, který neuron odesílá špatné signály.

Současné snímače mozku jsou od sebe příliš vzdálené a nedokážou poskytnout přesné zmapování větších ploch mozku.

Menší ale výkonnější

Vědecký tým v New Yorku vytvořil nové zařízení, jež spojuje ultratenké tranzistory a flexibilní silikonovou nanomembránu. Celé zařízení je tvořeno řadou vzájemně propojených senzorů o velikosti 25 mikrometrů s 360 elektrodami na každém čtverečním centimetru. Díky tomu vědci dosahují mnohem lepšího prostorového rozlišení (více než 400násobek současné úrovně), a to jen s částí vodičů, která je jinak k mapování mozku nutná.

Elektrody jsou rozmístěny jen půl milimetru od sebe a podle Viventiho by jejich vzdálenost mohla být ještě o něco menší. Implantát je navíc schopen zpracovávat signály přímo v místě vložení bez nutnosti odesílat data jinam.

Nezanedbatelným pokrokem je také minimální poškození mozkové tkáně. Flexibilní silikonová nanomembrána umožňuje postavení obvodů přímo na povrchu mozku; zároveň však chrání mozek od přímého kontaktu s pevným křemíkem, který není v souladu s tělem. Ultratenký křemík si zachová svůj výkon a díky postavení na nanomembráně je mnohem pružnější a vhodnější jako implantát.

Testováno na kočkách

Vědci zařízení testovali na různých zvířatech (především kočkách). Monitorovali činnost jejich mozku při spánku, vizuálních reakcích nebo během uměle vyvolaného epileptického záchvatu. Zjistili tak, že se záchvaty projevují jako opakující se vlny šířící se v neokortexu – nové kůře mozkové.

Flexibilní senzor (Foto: NYU-Poly)
Flexibilní senzor (Foto: NYU-Poly)

Cílem vědců je nastavit implantabilní zařízení pro použití kdekoli v těle. Zařízení bude vybaveno bezdrátově ovládanými senzory, které by měly být schopné nahrávat činnost mozku, stimulovat neurony elektrickými impulzy z externího zdroje nebo přerušit činnost nemocné části. Tím se předejde záchvatům u pacientů.

Tento výzkum navíc pomůže ve zlepšení nynějších implantabilních zařízení – kardiostimulátorů, defibrilátorů, kochleárních implantátů a dalších.

Tip: O výzkumu informoval také web Futurity.

Nejčtenější

Další weby Mladé fronty