Может ли графен услышать шепот вашего мозга?


Объем знаний о человеческом мозге продолжает расти, но многие вопросы остаются без ответа. Исследователи используют электродные массивы для записи электрической активности мозга на протяжении десятилетий, картируя активность в различных областях мозга, чтобы понять, как это выглядит, когда все работает, и что происходит, когда не работает.

Технология на основе графена

Однако до сих пор эти массивы могли обнаруживать активность только при определенном частотном пороге. Новая технология, разработанная в рамках проекта Graphene Flagship, преодолевает это техническое ограничение, раскрывая богатство информации, находящейся ниже 0,1 Гц, и прокладывая путь для будущих интерфейсов мозг-компьютер.

Новое устройство было разработано благодаря сотрудничеству трех флагманских партнеров по графеновой технологии (IMB-CNM, ICN2 и ICFO) и адаптировано для записи сигналов мозга совместно с биомедицинскими экспертами из IDIBAPS. Эта новая технология позволяет отказаться от электродов и использует инновационную архитектуру на основе транзисторов, которая усиливает сигналы мозга на месте перед передачей их на приемник.

Использование графена для создания этой новой архитектуры означает, что полученный имплантат может поддерживать гораздо большее количество участков записи, чем стандартная электродная решетка. Он достаточно тонкий и гибкий, чтобы его можно было использовать на больших участках коры головного мозга без отторжения или вмешательства в нормальную работу мозга. Результатом стало беспрецедентное картирование низкочастотной активности мозга, которая, как известно, несет важную информацию о различных событиях, таких как возникновение и развитие эпилептических припадков и инсультов.

Для неврологов это означает, что они наконец-то получили доступ к некоторым подсказкам, о которых наш мозг только шепчет. Эта революционная технология может изменить способ записи и просмотра электрической активности мозга. Будущие приложения позволят получить беспрецедентное представление о том, где и как начинаются и заканчиваются приступы, что даст возможность применять новые подходы к диагностике и лечению эпилепсии.

"Помимо эпилепсии, такое точное картирование и взаимодействие с мозгом имеет и другие интересные применения", - объясняет Хосе Антонио Гарридо, один из руководителей исследования, работающий во флагманском графеновом партнере ICN2. "В отличие от обычных стандартных пассивных электродов, наша активная транзисторная технология на основе графена будет способствовать внедрению новых стратегий мультиплексирования, которые могут значительно увеличить количество участков записи в мозге, что приведет к разработке нового поколения интерфейсов мозг-компьютер".

Используя преимущества "мультиплексирования", эта технология на основе графена может быть также адаптирована некоторыми из тех же исследователей для восстановления речи и коммуникации. ICN2 закрепила эту технологию с помощью патента, который защищает использование транзисторов на основе графена для измерения низкочастотных нейронных сигналов.

"Эта работа является ярким примером того, как гибкая технология транзисторных массивов на основе графена может предложить возможности, выходящие за рамки достижимого сегодня, и открыть огромные возможности для считывания на неисследованных частотах неврологической активности", - отметил Костас Костарелос, руководитель отдела здравоохранения, медицины и сенсоров флагмана графена.

Андреа С. Феррари, директор по науке и технологиям флагманского проекта по графену и председатель его руководящей группы, добавила:

"Графен и родственные материалы имеют большие возможности для применения в биомедицине. Флагман Graphene Flagship признал это, профинансировав специальный пакет работ. Результаты этого исследования являются наглядной демонстрацией того, что графен может принести беспрецедентный прогресс в изучение процессов в мозге."

Эта новая технология станет одной из главных достопримечательностей павильона графена на предстоящем Всемирном мобильном конгрессе в Барселоне (25-28 февраля 2019 года). На выставке будут представлены последние инновации в области графена и связанных с ним материалов, ставшие возможными благодаря Graphene Flagship, одной из крупнейших исследовательских инициатив, когда-либо финансируемых Европейской комиссией.

Помимо применения в здравоохранении и медицинских устройствах, в павильоне будут представлены новые прототипы технологий с использованием графена для мобильной связи и передачи данных, носимых устройств и интернета вещей.