无论是潜意识的呼吸，还是走路、伸手、抓东西等有意识的动作，人体的每一个动作都来自于一个信号，这个信号通过一个强大的生物超级计算机“大脑”的神经系统传递。然而，就像任何一台电脑一样，大脑也会出现故障，发出错误的信号，或者根本不发出信号，从而导致各种神经系统疾病。
多年的神经科学研究已经导致在大脑中植入电极阵列或小导线，以测量通常通过神经系统发送的电位能。这些阵列允许病人——比如那些患有闭锁综合症的人，他们可以完全思考和推理，但除了控制眼睛的肌肉外不能移动任何肌肉——做一些以前不可想象的事情，比如只用他们的思想来指挥机器人。
然而，随着研究的进展，观察表明电极阵列不能长期使用。目前的侵入性植入方法会产生疤痕组织，当疤痕层在设备周围形成时，电极阵列接收到的特定信息就会减少。德克萨斯农工大学生物医学工程系和材料科学与工程系副教授泰勒·韦尔博士说，疤痕组织最终会导致神经元之间的细微差异变得难以辨认。
威尔说:“这些设备在一开始可能会获得良好的信息，但随着时间的推移，由于退化，你获得的信息会越来越少。”“患有闭锁综合症等终身疾病的人，需要一个设备才能长时间继续工作。如果它不能持久，那么你的工具就不完美。”
为了解决这个问题，韦尔开始了一个项目，以建立和测试将持久的新型电极阵列。
对于他们提出的解决方案，威尔和他的合作者——达拉斯德克萨斯大学的约瑟夫·潘克拉齐奥博士和凯斯西储大学的杰弗里·卡帕多纳博士——正在设计一种由液晶材料制成的电极阵列，这种材料具有可编程的形状改变能力，从而导致一种侵入性较小的植入技术。这些装置将被设计成在组织内部署微小的电极，并可能使电极在很大程度上避免现有装置设计周围形成的疤痕。
“这里的想法是插入一个相对较大的设备，其中包含所有电极，然后让它们从中心位置移动，经过主要疤痕，”韦尔说。“然后部署非常小的电极，小电线有效地暴露尖端，这样你现在就可以接触到没有伤痕的组织。”
由于其形状变化的特性，韦尔的系统有可能延长电极阵列的使用寿命，并使设备能够覆盖大脑皮层中更大体积的组织，大脑皮层是大脑最外层，大部分高级信息处理都发生在那里。
虽然闭锁综合征患者最常看到电极阵列的好处，但韦尔说，这项技术可以更广泛地应用于许多其他人群。
他说:“对于那些不能走路的人来说，轮椅可以用意念来控制，而不是用手。”“关于大脑还有很多东西需要学习。这些设备也可以用于研究大脑。”
威尔和他的合作者对推进电极阵列技术的意义充满希望。
他说:“为大脑建立一个长期稳定的电子接口是一个棘手的问题，所以我希望我们能在如何提高这些设备寿命的大讨论中做出贡献。”“我认为，对于生物医学工程师来说，能够构建改进的神经接口将是一个重大成果。”
由德州农工大学提供
引用:用变形方法改进脑接口电极阵列(2023,December 21)检索自https://medicalxpress.com/news/2023-12-brain-interfacing-electrode-arrays-shape-shifting-approach.html
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