Международная группа исследователей разработала инновационный нейроинтерфейс Smart Dura – искусственную твердую мозговую оболочку, которая может заменить естественную защитную мембрану мозга у приматов. Это устройство открывает новые возможности для долгосрочного мониторинга и стимуляции мозговой активности. Исследование опубликовано в bioRxiv.
Smart Dura и ее применение in vivo на мозге приматов. Это поверхностная электродная матрица, изготовленная на прозрачных, мягких и гибких полимерных подложках, которая заменяет естественную твердую мозговую оболочку функциональным устройством, обеспечивающим высокоразрешающую распределенную электрофизиологическую регистрацию и электрическую стимуляцию, а также оптический доступ к мозгу для одновременной мультимодальной структурной и функциональной оптической визуализации и нейромодуляции. Credit: Sergio Montalvo Vargo, et al./ bioRxiv 2025
Smart Dura представляет собой гибкую прозрачную мембрану из биосовместимых материалов – PDMS(полидиметилсилоксана) и парилена. Ее ключевая особенность – интеграция микроскопических электродов (диаметром всего 20-40 микрон) прямо в структуру оболочки. Всего устройство может содержать до 256 таких электродов, расположенных с шагом от 1 до 2.5 мм.
Технология прошла серию испытаний in vitro, показав стабильную работу в течение 81 дня. После обработки проводящим полимером PEDOT:PSS импеданс электродов составил 30.4±2.4 кОм на частоте 1 кГц. Устройство оказалось способным регистрировать как локальные полевые потенциалы, так и активность отдельных нейронов.
Особенность Smart Dura – ее оптическая прозрачность (более 85% в видимом и инфракрасном диапазоне), что позволяет одновременно с электрофизиологическими измерениями проводить оптическую визуализацию и стимуляцию. В экспериментах авторы подтвердили возможность совмещения устройства с двухфотонной микроскопией и оптогенетикой.
Исследователи отмечают, что механические свойства искусственной оболочки (модуль Юнга около 109 МПа) близки к характеристикам естественной твердой мозговой оболочки, что снижает риск повреждения тканей при длительном использовании. Устройство уже протестировали на макаках, у которых получилось регистрировать нейронную активность во время выполнения поведенческих задач.
На изображении представлены результаты записи нейронной активности в задней теменной коре макак во время выполнения двигательной задачи «центр-наружу». На тепловых картах – изменения мощности сигнала в тета-диапазоне (4-8 Гц) при эпидуральной записи с использованием 32- и 64-канальных массивов электродов, а также в тета- и гамма-диапазонах (30-70 Гц) при субдуральной записи. Черные точки обозначают расположение электродов, звездочки — электроды со статистически значимыми изменениями активности. Credit: Sergio Montalvo Vargo, Nari Hong, Tiphaine Belloir. et al. bioRxiv
Разработка открывает новые перспективы для нейронаучных исследований, позволяя проводить долгосрочные мультимодальные исследования мозга приматов – важного модельного организма для изучения человеческого мозга и разработки новых методов лечения неврологических заболеваний.
Текст: Полина Ложкина
Smart Dura: a functional artificial dura for multimodal neural recording and modulation by Sergio Montalvo Vargo, Nari Hong, Tiphaine Belloir. et al. bioRxiv 2025.02.26.640369;
https://doi.org/10.1101/2025.02.26.640369
Читайте материалы нашего сайта во ВКонтакте, Яндекс-Дзен и канале в Telegram
