Langsung ke Otak:Antarmuka Neural Multifungsi 3D dan Fleksibel
Meskipun mengukur aktivitas listrik neuron berguna dalam banyak disiplin ilmu, membuat implan chip otak antarmuka saraf yang tahan lama dengan efek samping yang dapat diabaikan telah terbukti menantang. Sekarang, para ilmuwan Korea telah mengembangkan antarmuka saraf multifungsi yang fleksibel yang tidak hanya dapat mencatat aktivitas otak lokal secara real time, tetapi juga memberikan aliran obat yang stabil melalui saluran mikofluida yang inovatif, mengurangi reaksi jaringan terhadap chip. Desain mereka dapat diterapkan secara luas dalam ilmu saraf dan kedokteran saraf.
Mampu mengukur aktivitas listrik otak telah membantu kita memperoleh pemahaman yang jauh lebih baik tentang proses, fungsi, dan penyakit otak selama beberapa dekade terakhir. Sejauh ini, banyak dari aktivitas ini telah diukur melalui elektroda yang ditempatkan di kulit kepala (melalui electroencephalography (EEG)); namun, mampu memperoleh sinyal langsung dari dalam otak itu sendiri (melalui perangkat antarmuka saraf) selama aktivitas kehidupan sehari-hari dapat membawa ilmu saraf dan neuromedicine ke tingkat yang sama sekali baru. Kelemahan utama dari rencana ini adalah, sayangnya, mengimplementasikan antarmuka saraf terbukti sangat menantang.
Bahan yang digunakan dalam elektroda sangat kecil yang membuat kontak dengan neuron, serta semua konektor, harus fleksibel namun cukup tahan lama untuk menahan lingkungan yang relatif keras di dalam tubuh. Upaya sebelumnya untuk mengembangkan antarmuka otak yang tahan lama telah terbukti menantang karena respons biologis alami tubuh, seperti peradangan, menurunkan kinerja listrik elektroda dari waktu ke waktu. Tetapi bagaimana jika kita memiliki cara praktis untuk memberikan obat anti-inflamasi secara lokal di mana elektroda membuat kontak dengan otak?
Tim peneliti telah mengembangkan antarmuka otak multifungsi baru yang secara bersamaan dapat mendaftarkan aktivitas saraf dan mengirimkan obat cair ke tempat implantasi. Tidak seperti perangkat kaku yang ada, desainnya memiliki struktur 3D yang fleksibel di mana rangkaian jarum mikro digunakan untuk mengumpulkan banyak sinyal saraf di suatu area, sementara garis konduktif logam tipis membawa sinyal ini ke sirkuit eksternal. Salah satu aspek yang paling luar biasa dari penelitian ini adalah bahwa, dengan menumpuk secara strategis dan melakukan micromachining beberapa lapisan polimer, para ilmuwan berhasil menggabungkan saluran mikofluida pada bidang yang sejajar dengan garis konduktif. Saluran ini terhubung ke reservoir kecil (yang berisi obat yang akan diberikan) dan dapat membawa aliran cairan yang stabil menuju jarum mikro.
Tim memvalidasi pendekatan mereka melalui eksperimen antarmuka otak pada tikus hidup, diikuti dengan analisis konsentrasi obat dalam jaringan di sekitar jarum.
Pengembangan antarmuka otak multifungsi yang tahan lama memiliki implikasi di berbagai disiplin ilmu. “Perangkat kami mungkin cocok untuk antarmuka otak-mesin, yang memungkinkan orang lumpuh untuk menggerakkan lengan atau kaki robot menggunakan pikiran mereka, dan untuk mengobati penyakit saraf menggunakan stimulasi listrik dan/atau kimia selama bertahun-tahun,” kata Dr. Yoo Na Kang dari Institut Mesin &Bahan Korea.
