Nueva tecnología “graba” la actividad eléctrica neural

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Por Sally Robertson, B.Sc. – Investigadores de la Universidad de Stanford han creado una nueva interfaz cerebro-máquina que une el cerebro a un chip de silicio que puede “filmar” la actividad eléctrica neural.

Aunque tales dispositivos ya están disponibles para prótesis e investigación y tratamiento del cerebro, el nuevo dispositivo registra significativamente más información y es menos invasivo que los dispositivos actuales.

“Nadie ha tomado estos electrónicos de silicio 2D y los ha emparejado con la arquitectura tridimensional del cerebro antes”, dice el estudiante de ciencias de materiales y autor principal del artículo Abdulmalik Obaid. “Tuvimos que desechar lo que ya sabemos sobre la fabricación de chips convencionales y diseñar nuevos procesos para llevar la electrónica de silicio a la tercera dimensión. Y tuvimos que hacerlo de una manera que pudiera ampliarse fácilmente”.

Sobre la nueva tecnologia

Como se informó recientemente en la revista Science Advances, la tecnología se compone de un grupo de cables extremadamente delgados que tienen la mitad del ancho de un fino cabello humano. Los microhilos se colocan dentro del cerebro y se unen a un chip de silicio externo que registra las señales eléctricas que los pasan y esencialmente “filma” la actividad eléctrica de las neuronas individuales.

” La actividad eléctrica es una de las formas de mayor resolución de observar la actividad cerebral. Con esta matriz de microhilos, podemos ver lo que sucede en el nivel de neurona única “. – Nick Melosh , coautor y profesor de ciencias de los materiales.-

En pruebas en células de retina de rata y en el cerebro de ratones vivos, se adquirieron señales significativas que pasaban los cientos de cables. Otros estudios mostrarán lo que puede revelarse a partir de estas señales, así como el tiempo que el dispositivo puede permanecer en el cerebro. En particular, los investigadores están intrigados por lo que las señales podrían revelar sobre el proceso de aprendizaje y las posibles aplicaciones en prótesis, especialmente para el habla asistida.

Los desafios

Para crear un dispositivo que cumpliera con sus objetivos, el equipo sabía que tendría que ser duradero, capaz de conectarse estrechamente con el cerebro y mínimamente intrusivo, para evitar daños.

Melosh dice que decidieron vincular el dispositivo a un chip de silicio porque, además de ser muy potentes, brindan una gran oportunidad para escalar: “Nuestra matriz se combina con esa tecnología de manera muy simple. En realidad, simplemente puede tomar el chip, presionar en el extremo expuesto del paquete y obtenga las señales “.


Un problema clave que enfrentó el equipo fue determinar cómo debería estructurarse la matriz. Sabían que tendría que ser fuerte y duradero, a pesar de que la mayor parte estaba compuesta por microhilos extremadamente finos. Lo abordaron aislando los cables individuales en un polímero biocompatible y reuniéndolos en un collar de metal, asegurando así que los cables estén separados uno del otro y colocados correctamente.

Luego se retira el polímero de debajo del collar y cada cable se guía directamente hacia el cerebro. Las máquinas actuales de interfaz cerebral solo contienen alrededor de cien cables, proporcionando solo la misma cantidad de canales de señalización. Además, cada uno de los cables debe colocarse manualmente en la matriz.

Apoyado en parte por una subvención de “Grandes Ideas” del Instituto de Neurociencias Wu Tsai, el equipo trabajó en el perfeccionamiento del diseño durante años, para garantizar que proporcionaría una matriz con miles de canales de señalización.

“El diseño de este dispositivo es completamente diferente”

“El diseño de este dispositivo es completamente diferente de cualquier dispositivo de grabación de alta densidad existente, y la forma, el tamaño y la densidad de la matriz se pueden variar simplemente durante la fabricación”, dice el coautor Jun Ding, profesor asistente de neurocirugía y “Esto significa que podemos registrar simultáneamente diferentes regiones del cerebro a diferentes profundidades con prácticamente cualquier disposición 3D”.

Ding señala que si la tecnología se aplicara en un contexto más amplio, podría acelerar la comprensión de cómo funciona el cerebro tanto en un estado saludable como en los casos de la enfermedad.

Después de muchos años de tratar de desarrollar la tecnología elegante, los investigadores finalmente crearon un dispositivo que podrían probar en los tejidos vivos del cerebro. Obaid dice que tuvieron que usar kilómetros de alambres finos para formar machos que eran lo suficientemente grandes en escala y luego vincularlos al chip de silicio: “Después de años de trabajar en ese diseño, lo probamos en la retina por primera vez y funcionó de inmediato. Fue extremadamente tranquilizador “.

¿Lo que sigue?

Habiendo realizado sus primeras pruebas en células de la retina y en el cerebro de ratones, los investigadores ahora han comenzado las pruebas a largo plazo en animales para evaluar la durabilidad y cómo funcionan las versiones a mayor escala.

También están investigando los tipos de información que la matriz puede registrar, y los resultados obtenidos hasta ahora sugieren que puede ser posible observar los procesos de aprendizaje y falla en el cerebro en tiempo real.

Los investigadores esperan que en el futuro, la tecnología se pueda utilizar para mejorar las tecnologías médicas, como las prótesis y los dispositivos para recuperar el habla o la visión perdidas.

Referencia del diario:

El dispositivo aporta poder de computación de silicio a la investigación del cerebro y las prótesis. EurekAlert! 2020. Disponible en: https://www.eurekalert.org/emb_releases/2020-03/su-dbs031820.php

Vía: News-medical

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