15/11/2012 - Eine neue Kohlenstofffaserelektrode kann die Türen der neuronalen Aktivität öffnen

Menéame

Eine neue Elektrode, entwickelt in der Universität Michigan, flexibel und zehnmal kleiner als ihr nächster Wettbewerber, könnte es schließlich ermöglichen, Messungen Langfristig Neurale Aktivität.

Diese Technologie könnte schließlich dazu verwendet werden, Signale an prothetische Glieder zu senden, indem Entzündungen vermieden werden, die von größeren Elektroden verursacht werden und sowohl das Gehirn als auch die Elektroden selbst schädigen.

Das Hauptproblem, das Neuronen mit Elektroden haben, sind "Böse Nachbarn." Zusätzlich zu Ihre Größe ist viel größer als die der NeuronenElektroden sind zu starr und neigen dazu, die nahen Zellen in den Reibungen zu beschädigen. Die residierenden Immunitätszellen erkennen den Eindringling und greifen ihn an, indem sie eine Entzündung des Gehirns verursachen und die Kommunikation zwischen Elektrode und Zellen blockieren.

Kohlenstofffaser

 Die neue Elektrode, die von den Teams des Professors für Biotechnik entwickelt wurde Daryl Kipke, Professor für Chemietechnik, Joerg Lahann, y Nicholas Kotov, das ist der Inhaber des Lehrstuhls Joseph B. und Florence V. Cejka von Engineering, ist mehr kompatibel mit seiner Umgebung als mögliche Implantate bisher.

Elektrode ist ein Mikro-Faser Kohlenstofffaser hochleitend, mit Kunststoff beschichtet, um die Signale anderer Neuronen zu blockieren. Es verfügt über eine Art von Verleitungsgelatine-Pads am Ende der Zellmembranen und diese enge Verbindung bedeutet, dass die Signale der Gehirnzellen deutlicher wahrgenommen werden.

"Das ist ein gewaltiger Schritt vorwärts," sagte Kotov. "Die Elektrode hat einen Durchmesser von etwa sieben Mikron, das ist 0,007 Millimeter, und ihr nächster Wettbewerber misst 25 bis 100 Mikron."

Diese Gelee aus der Elektrode, hat die Fähigkeit, auf die gleiche Weise wie Zellen zu kommunizieren. Die elektrischen Impulse durch das Gehirn durch Ionenbewegungen reisenoder Atome mit elektrischen Ladungen, und die Signale bewegen sich durch die Gelatine auf die gleiche Weise. Auf der anderen Seite reagiert die Kohlenstofffaser auf Ionen, indem sie Elektronen bewegt, die das Signal des Gehirns effektiv in die Sprache der elektronischen Geräte übersetzen.

Studie an Ratten

Kipkes Team implantierte diese Elektroden in Rattenhirnen, und die Kommunikation war perfekt. Durch die Dimensionen der Elektrode kann man sie auf ein einzelnes Neuron fokussieren, indem man die elektrischen Signale durch die Faser richtig empfängt und kommuniziert.

Neben der Erfassung der spezifischen Signale eines Neurons, die an die Prothesen gesendet werden können, könnte dieses System des individuellen Abhörens von Neuronen viele der großen Geheimnisse des Gehirns entschlüsseln.

“Wie kommunizieren Neuronen miteinander? Was sind die Pfade für die Informationsverarbeitung im Gehirn? Das sind die Fragen, die in Zukunft mit dieser Art von Technik beantwortet werden könnten," sagte Kotov.

 "Da diese Artefakte so klein sind, können wir sie mit den aufstrebenden optischen Techniken kombinieren, um visuell zu beobachten, was Zellen im Gehirn tun, während ihre elektrischen Signale hören," sagte Takashi Kozai, der das Projekt als Student im Kipke-Labor leitete und seitdem seinen Doktortitel erhielt. "Dies wird neue Erkenntnisse darüber vermitteln, wie das Gehirn auf Zell- und Netzwerkebene funktioniert."

Kipke betonte, dass die getestete Elektrode noch nicht für klinische Studien bereit sei, aber es zeigt, dass die Bemühungen, Elektroden auf die Größe der Gehirnzellen zu reduzieren, möglich seien.

"Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass die Schaffung von Elektrodensätzen in diesen Dimensionen so klein wie ein tragfähiger Pfad zur Herstellung von langlebigeren Geräten möglich ist," fügte er hinzu.

Zukunft

Um einem Neuron für einen längeren Zeitraum zuzuhören oder Menschen zu helfen, eine Prothese zu kontrollieren, wie sie es mit einem natürlichen Mitglied tun, Elektroden müssen in der Lage sein, mehrere Jahre im Gehirn zu überleben, ohne erhebliche Schäden zu verursachen. Nach nur sechswöchigen Tests konnte das Team nicht sicher sagen, wie Elektroden langfristig arbeiten werden, aber die Ergebnisse waren vielversprechend.

"In der Regel sahen wir einen Gipfel der Immunitätsantwort in etwa zwei Wochen und dann eine Besänftigung in Richtung der dritten Woche, während für die sechste Woche hatte sich stabilisiert," sagte Kotov. "Diese Stabilisierung ist die wichtige Beobachtung."

Die Neuronen und das Immunitätssystem der Ratten gewöhnten sich an Elektroden, und das deutet darauf hin, dass elektronische Eindringlinge lange Zeit im Gehirn bleiben könnten.

Wir werden uns nicht bald auf dem Markt sehen. bionische Arme Kipke drückte seinen Optimismus aus, dass prothetische Artefakte innerhalb eines Jahrzehnts mit dem Gehirn in Verbindung gebracht werden könnten.

Autoren und Referenzen

Daryl Kipke, der Direktor des Zentrums für Kommunikationstechnologie Neural ist, ist Professor für Biotechnik.

Kotov, ist der Inhaber des Lehrstuhls Joseph B. und Florence V. Cejka ist Professor für Biotechnik, Chemietechnik, Biomaterialienwissenschaft und -technik sowie Makromolekularwissenschaften und -technik.

Lahann Er ist Leiter des Bionterfaces Institute und Professor für Chemie, Materialwissenschaften und -technik, Biotechnik und Makromolekularwissenschaft und -technik.

Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts wurden unter dem Titel "Ultra-small implantierbare Mikroelektroden mit bioactive surfaces for chronic neural Schnittstellen", in der letzten Ausgabe der Zeitschrift Nature Materials.

Diese Arbeit wurde vom Nationalen Gesundheitsinstitut und dem Zentrum für Neural-Kommunikationstechnologie finanziert.

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Ansprechpartner (Englisch):

Kate McAlpine: kmca@umich.edu

Tel.: (734) 763-4386

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