Интерфейсы «мозг – компьютер» — это технологии, которые позволяют напрямую передавать информацию между мозговой активностью и внешними устройствами. Они дают исследователям возможность отслеживать и интерпретировать сигналы мозга в режиме реального времени. Для этого используются массивы микроэлектродов, которые имплантируются в мозг для записи или стимуляции электрической активности.
Проблема микроэлектродов
На протяжении десятилетий микроэлектроды сталкивались с проблемой балансировки проводимости и совместимости с тканями. Жёсткие металлические или кремниевые электроды обеспечивают стабильную запись сигналов, но часто повреждают нежные ткани мозга. Более мягкие полимерные электроды уменьшают вред, но страдают от плохой передачи сигнала.
Решение проблемы
Исследовательская группа под руководством доцента Джонга Г. Ока из Департамента машиностроения и автомобильной инженерии, Сеульского национального университета науки и технологий, Сеул, и доктора Месуна Има из Института наук о мозге, Корейского института науки и технологий (KIST) разработала микроэлектрод с трёхмерными «лесами» из углеродных нанотрубок (CNT), которые эффективно проводят электричество, как металлы, но при этом гибкие, как мягкие ткани.
Массивы, встроенные в эластичную полимерную основу, примерно в 4000 раз мягче кремния и примерно в 100 раз мягче полиимида.
Результаты исследования
Результаты исследования были опубликованы онлайн в журнале Advanced Functional Materials 27 июня 2025 года.
Для изготовления этих массивов исследователи использовали многоэтапный процесс вертикального роста CNT и запатентованную технику гибридизации полимер-CNT. Полученные массивы продемонстрировали стабильную установку в тканях мозга, что позволило точно записывать визуальные ответы.
Массивы также показали заметное снижение воспалительных реакций по сравнению с вольфрамовыми микропроводами, что делает их перспективным вариантом для безопасного применения в мозге.
«Сочетая вертикально выровненные CNT с гибким полимером, мы достигли как высоких электрических характеристик, так и механической гибкости в рамках одного устройства», — говорит ведущий автор, доктор Ок. «Эта двойная возможность обеспечивает долгосрочный стабильный нейронный интерфейс без повреждения окружающих тканей».
Эксперименты на мышах in vivo также подтвердили способность устройства записывать светоиндуцированные ответы от нейронов зрительной коры (зрительный центр находится в задней части мозга). Одномесячная имплантация массивов CNT показала более низкую активацию астроцитов и микроглиальных клеток (клеток, участвующих в иммунном ответе), чем у обычных электродов, что подчёркивает превосходную долгосрочную совместимость массивов CNT.
Перспективы использования
Результаты открывают возможности для использования в визуальных протезах, особенно для пациентов с дегенерацией сетчатки или повреждением зрительного нерва. Технология также может быть применена для кортикальных имплантатов для интерфейсов «мозг – машина» и инструментов для изучения обработки зрительной информации в нейронауках.
«Совершенствование этой технологии для считывания визуального внимания может открыть новые возможности в коммуникации с помощью мозга, протезировании сетчатки (бионический глаз) и иммерсивных AR/VR-опытах», — подчёркивает доктор Ок.
В долгосрочной перспективе исследователи стремятся уменьшить массивы до субклеточных размеров для записи сигналов мозга с более высоким разрешением. Эти достижения могут вдохновить на создание устройств следующего поколения, помогая восстановить или улучшить зрение через прямую связь с мозгом.
Предоставлено:
* [Seoul National University of Science and Technology](https://phys.org/partners/seoul-national-university-of-science-and-technology/)
* [Seoul National University](https://en.snu.ac.kr/)