柔性纳米电极可以提供细粒度的脑刺激

为脑刺激而设计的传统植入式医疗设备对于人体最柔软和最脆弱的组织之一来说通常过于坚硬和笨重。

为了解决这个问题，莱斯大学的工程师们开发了微创、超柔性的纳米电极，可以作为长期高分辨率刺激疗法的植入平台。

根据发表在Cell Reports上的一项研究，微小的植入式装置形成了稳定，持久和无缝的组织电极界面，在啮齿动物中具有最小的疤痕或降解。这些装置提供的电脉冲与神经元信号模式和振幅比来自传统皮层内电极的刺激更紧密。

该设备的高生物相容性和精确的时空刺激控制可以开发新的脑刺激疗法，例如用于感觉或运动功能受损患者的神经元假体。

“这篇论文使用成像，行为和组织学技术来展示这些组织整合电极如何提高刺激的功效，”电气和计算机工程助理教授，该研究的通讯作者Lan Luan说。“我们的电极提供微小的电脉冲，以非常可控的方式激发神经活动。

“我们能够将引发神经元激活所需的电流减少一个数量级以上。脉冲可以像几百微秒的持续时间和一到两微安的振幅一样微妙。

由莱斯神经工程计划研究人员开发的新电极设计代表了对用于治疗帕金森病，癫痫和强迫症等疾病的传统植入式电极的重大改进，这些疾病可能导致不良组织反应和神经活动的意外变化。

“传统的电极是非常侵入性的，”电气和计算机工程副教授，该研究的通讯作者Chong Xie说。“它们一次招募数千甚至数百万个神经元。

“这些神经元中的每一个都应该有自己的调谐和协调的特定模式。但是当你同时震惊他们时，你基本上是在破坏他们的功能。在某些情况下，这对您来说效果很好，并具有所需的治疗效果。但是，例如，如果你想编码感官信息，你需要更好地控制刺激。

谢将传统电极的刺激比作在一屋子人中“在每个人的耳朵里吹气喇叭或扬声器响起”的破坏性效果。

“我们曾经有这个非常大的扬声器，现在每个人都有一个听筒，”他说。

调整信号的频率、持续时间和强度的能力可以使新型感觉假肢装置的开发成为可能。

“如果你使用更大的电流，神经元激活会更加弥漫，”卢安说。“我们能够减少电流，并表明我们有一个更集中的激活。这可以转化为更高分辨率的刺激装置。

Luan和Xie是Rice神经工程计划的核心成员，他们的实验室也在合作开发一种用于盲人的植入式视觉假肢装置。

“设想有一天能够植入电极阵列来恢复受损的感觉功能：神经元的激活越集中和刻意，你产生的感觉就越精确，”卢安说。

这些设备的早期迭代用于记录大脑活动。

“我们有一系列出版物表明，我们的电极的超柔性设计使这种亲密组织整合确实提高了我们记录大脑活动的能力，持续时间更长，信噪比更好，”卢安说，他已晋升为副教授自1月<>日起生效。

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