장기간에 걸쳐 뇌에 있는 대규모 단일 뉴런 집단의 활동을 기록하는 것은 신경 회로에 대한 이해를 발전시키고 새로운 의료 기기 기반 치료법을 가능하게 하며 미래에는 높은 수준의 뇌-컴퓨터 인터페이스를 위해 매우 중요합니다. 해결. 전기정보입니다.

그러나 오늘날에는 이식된 장치가 측정할 수 있는 고해상도 정보의 양과 기록 또는 자극 성능이 지속되는 기간 사이에 균형이 있습니다. 많은 센서가 장착된 고체 실리콘 보형물은 많은 정보를 수집할 수 있지만 몸에 오래 머물 수는 없습니다. 더 작고 유연한 장치는 덜 침습적이며 뇌에서 더 오래 지속될 수 있지만 사용 가능한 신경 정보의 작은 부분만 제공합니다.

최근 Harvard John Paulson School of Engineering and Applied Science(SEAS)의 학제간 연구진이 텍사스 대학교 오스틴 캠퍼스, MIT 및 Axoft와 협력하여 수십 개의 센서가 포함된 연성 이식형 장치를 개발했습니다. 수개월 동안 뇌의 단일 뉴런의 활동을 안정적으로 기록할 수 있습니다.

이번 연구는 Nature Nanotechnology 저널에 게재됐다.

논문의 제1저자이자 Jia Liu 연구실의 대학원생이었던 Paul Le Floche는 “우리는 기존 물질보다 생체 적합성이 더 높은 단일 세포 해상도를 갖춘 뇌-전자 인터페이스를 개발했습니다.”라고 말했습니다. 응용 및 정치 과학부. . “이 연구는 기록, 신경 자극 및 뇌-컴퓨터 인터페이스를 위한 생체전자 공학의 설계에 혁명을 일으킬 가능성이 있습니다.”

Le Floch는 현재 Le Floch, Liu 및 전 대학원생이자 박사후 연구원인 Tianyang Ye가 2021년에 설립한 회사인 Axoft, Inc의 CEO입니다. 파크 그룹 하버드에서. 하버드 대학의 기술 개발 부서는 이 연구와 관련된 지적 재산을 보호하고 추가 개발을 위해 Axoft에 기술 라이선스를 부여했습니다.

고해상도 데이터 속도와 수명 사이의 균형을 극복하기 위해 연구자들은 불소수지라고 알려진 재료 그룹으로 눈을 돌렸습니다. 테플론과 같은 불소화 물질은 생물학적 유체에서 유연하고 안정적이며 장기간 유전 성능이 뛰어나며 표준 미세 가공 기술과 호환됩니다.

연구진은 폴리이미드나 파릴렌-C와 같은 엔지니어링 플라스틱으로 만든 기존의 유연한 프로브보다 10,000배 더 부드러운 오래 지속되는 프로브를 개발하기 위해 이러한 불소화 유전 탄성체를 총 64개의 센서로 구성된 연질 미세 전극 스택과 결합했습니다.

연구팀은 몇 달에 걸쳐 생쥐의 뇌와 척수에서 신경 정보를 기록하는 생체 내 장치를 시연했습니다.

본 논문의 교신저자인 Liu는 “우리 연구는 다양한 매개변수를 신중하게 엔지니어링함으로써 장기적으로 안정적인 신경 인터페이스를 위한 새로운 엘라스토머 재료를 설계하는 것이 가능하다는 점을 강조합니다.”라고 말했습니다. “이 연구는 신경 인터페이스의 설계 가능성을 확장할 수 있습니다.”

학제간 연구팀에는 SEAS 교수 Katia Bertoldi, Boris Kozinski 및 Zhigang Su도 포함되었습니다.

Le Floc은 “새로운 센서와 신경 인터페이스를 설계하는 것은 생물학, 전기 공학, 재료 과학, 기계 및 화학 공학에 대한 전문 지식이 필요한 매우 다양한 분야의 문제입니다.”라고 말했습니다.

이 논문은 Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Chen, Ziliang Wang, Junsu Kim, Hao Sheng, Sebastian Bartariu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, 현수 박, Xian Gong 및 앤드류. Spencer, Jongha Li, Tianyang Yi, Shen Tang, Xiao Wang 및 Nanzhou Lu.

이 작업은 하버드 대학교 재료 연구 과학 및 엔지니어링 센터 보조금 번호 DMR-2011754를 통해 국립 과학 재단의 지원을 받았습니다.