Группа исследователей из Китайского института исследования мозга и Национального центра нанотехнологий в Пекине разработала новый гибкий сенсор на основе искусства киригами, способный точно регистрировать нейронную активность в мозге приматов. Результаты исследование опубликованы в журнале Nature Electronics.
В основе устройства — ультратонкие спиральные нити-электроды, обладающие чрезвычайной эластичностью и способные растягиваться и изгибаться без повреждений. Благодаря покрытию из гидрогеля электродные нити мягко прилегают к поверхности коры мозга после имплантации.
Авторы работы отмечают, что такая конструкция позволяет сенсору адаптироваться к подвижности мозгового вещества приматов, что всегда было проблемой для традиционных электрических интерфейсов.
Применение в нейронауке и интерфейсах «мозг-машина»
В пилотных экспериментах на макаках гибкий сенсор продемонстрировал высокую стабильность. Он одновременно регистрировал активность более 700 нейронов в первичной моторной коре.
С помощью методов машинного обучения исследователи смогли связать полученные сигналы с движениями конечностей животных: на основе нейронной активности удалось точно предсказывать движение рук и кистей. Это указывает на перспективы использования таких сенсоров в разработке протезов, управляемых мыслями, и в других системах управления аппаратурой напрямую через мозг.
Пока устройство тестировалось только на приматах, и его безопасность для людей еще не подтверждена клиническими исследованиями. Несмотря на это, ученые видят за этой технологией огромный потенциал: от улучшения протезов конечностей до создания интерфейсов, которые помогут людям с нарушениями речи или моторики взаимодействовать с окружающим миром.
Что такое киригами
Киригами (от кири — резать, ками — бумага) — искусство изготовления бумажных фигурок и открыток с помощью ножниц. Изобрел киригами в 1980 году японский архитектор Масахиро Тятани.
Мастера киригами используют бумагу или тонкий картон, которые надрезают и складывают по определенным схемам. Искусство киригами родственно технике оригами. Отличие заключается в том, что в киригами бумагу режут и склеивают, а в оригами только сгибают.
Киригами-электроника развивается и в других нейротехнологиях. Ученые ранее использовали методы киригами для создания гибких 3D-электродов, способных регистрировать нейронную активность как в мозге, так и в культурах нервной ткани — такие подходы позволяют интегрировать устройства с тканями без нарушения их структуры.
Гибкие сенсоры в медицине выходят за пределы нейронных интерфейсов. Например, существуют киригами-структуры для носимых датчиков, способные мониторить параметры сердечно-сосудистой системы в динамике, что расширяет применение этой инженерной идеи в биомедицинской электронике.
О том, как цветы-оригами изменят дизайн спутников и роботов, рассказывает материал Hi-Tech Mail.