Китайские и американские учёные разработали мягкие биоэлектроды, адаптирующиеся к уникальной структуре мозга каждого человека.
Эти устройства создаются с помощью 3D-печати и данных МРТ, обеспечивая плотное прилегание и высокое качество сигнала. В экспериментах на крысах электроды продемонстрировали отсутствие иммунной реакции, что делает их перспективными для мониторинга и лечения нейродегенеративных заболеваний.
Поверхность мозга имеет сложную структуру с индивидуальными особенностями. Складки позволяют нейронам эффективно обмениваться сигналами и компактно размещать мозг в черепе. В развёрнутом виде поверхность мозга взрослого человека занимает около 2000 кв. см, что сравнимо с двумя большими пиццами. Хотя общий принцип строения коры у всех одинаковый, точное расположение извилин и борозд варьируется в зависимости от возраста, пола, роста и других факторов.
Традиционные датчики изготавливаются из жёстких материалов и имеют универсальную форму, не учитывающую индивидуальные особенности мозга. Новый подход предлагает создавать электроды, точно соответствующие уникальной структуре мозга каждого пациента. Исследователи использовали МРТ-данные 21 человека для построения детализированных 3D-моделей мозга и подбора формы электродов, максимально точно соответствующих извилинам и бороздам коры.
Процесс начинается с МРТ-сканирования мозга пациента. На основе полученных данных проводится анализ, создающий детальную симуляцию нейронной структуры. Эти результаты преобразуются в 3D-модель мозга, на основе которой с помощью ПО подбирается форма биоэлектрода. Сами электроды изготавливаются методом 3D-печати, что делает производство более доступным по сравнению с традиционными методами, требующими сложных и дорогих условий.
Ключевым материалом в этой киберразработке стал гидрогель — мягкое вещество с высоким содержанием воды, близкое по свойствам к живым тканям. Это обеспечивает плотное прилегание электродов к поверхности мозга и снижает риск повреждений. Команда также использовала структуру, вдохновлённую сотами, что обеспечивает баланс между гибкостью и прочностью, уменьшая количество материала и снижая стоимость производства.
Учёные имплантировали электроды в мозг крыс на 28 дней, не обнаружив ни иммунной реакции, ни ухудшения характеристик, что подтверждает их биосовместимость. Электроды плотно прилегали к поверхности мозга и обеспечивали качественный сигнал.
Авторы считают, что их разработка станет основой для персонализированных киберимплантов, которые можно будет использовать не только для наблюдения за мозговой активностью, но для лечения неврологических заболеваний, а также для улучшение человеческого тела.