長期持続する神経プローブ - Plato Data Intelligence

2024 年 1 月 26 日

(Nanowerkニュース) 脳内の単一ニューロンの大集団の活動を長期間にわたって記録することは、神経回路の理解をさらに深め、新しい医療機器ベースの治療を可能にし、将来的には高度な情報を必要とする脳とコンピュータのインターフェースにとって極めて重要です。電気生理学的情報の分解能。しかし今日では、埋め込み型デバイスが測定できる高解像度情報の量と、記録または刺激のパフォーマンスをどれだけ長く維持できるかの間にはトレードオフの関係があります。多くのセンサーを備えた硬いシリコンインプラントは、多くの情報を収集できますが、体内に長く留まることができません。柔軟で小型のデバイスは侵入性が低く、脳内でより長く持続できますが、利用可能な神経情報の一部しか提供しません。最近、ハーバード大学ジョン A. ポールソン工学応用科学大学院 (SEAS) の学際的な研究者チームが、テキサス大学オースティン校、MIT、Axoft, Inc. と協力して、数十個のセンサーを備えたソフト埋め込み型デバイスを開発しました。これにより、脳内の単一ニューロンの活動を数か月間安定して記録できるようになります。 4 層の電極アレイを備えたエラストマーでカプセル化された神経プローブの写真。 (画像: Jia Liu Group/Harvard SEAS) この研究は、 自然ナノテクノロジー (「フッ素化エラストマーをベースとした 3D 時空間拡張可能な生体内神経プローブ」）。「私たちは、従来の材料よりも生物学的に適合した単一細胞解像度の脳と電子のインターフェースを開発しました」と、論文の筆頭著者であり、SEAS生物工学助教授Jia Liuの研究室の元大学院生であるポール・ル・フロック氏は述べた。。「この研究は、神経の記録と刺激、そして脳とコンピューターのインターフェースのためのバイオエレクトロニクスの設計に革命をもたらす可能性を秘めています。」ル・フロック氏は現在、ル・フロック氏、リュー氏、そしてハーバード大学パーク・グループの元大学院生で博士研究員のティアンヤン・イェ氏によって2021年に設立された会社、アクソフト社のCEOを務めている。ハーバード大学技術開発局は、この研究に関連する知的財産を保護し、さらなる開発のためにこの技術を Axoft にライセンス供与しました。高解像度のデータレートと寿命の間のトレードオフを克服するために、研究者らはフッ素化エラストマーとして知られる一群の材料に注目しました。テフロンなどのフッ素化材料は弾力性があり、生体液中で安定しており、長期にわたる優れた誘電性能を備え、標準的な微細加工技術と互換性があります。研究者らは、これらのフッ素化誘電エラストマーを柔らかい微小電極のスタック (合計 64 個のセンサー) と統合して、ポリイミドやパリレン C などのエンジニアリングプラスチックで作られた従来の柔軟なプローブよりも 10,000 倍柔らかい長持ちするプローブを開発しました。この装置を生体内で使用し、数か月にわたってマウスの脳と脊髄からの神経情報を記録しました。「私たちの研究は、さまざまな要素を慎重に設計することによって、長期的に安定したニューラルインターフェース用の新しいエラストマーを設計することが可能であることを強調しています」と論文の責任著者であるLiu氏は述べた。「この研究により、ニューラルインターフェイスの設計可能性の範囲が広がる可能性があります。」学際的な研究チームには、SEASのカティア・ベルトルディ教授、ボリス・コジンスキー教授、ジガン・スオ教授も含まれていた。「新しい神経プローブとインターフェースの設計は非常に学際的な問題であり、生物学、電気工学、材料科学、機械工学、化学工学の専門知識が必要です」とル・フロック氏は述べた。