Ilmuwan Korea Ungkap Antarmuka Neural 3D Fleksibel: Pemantauan Otak Real-Time dan Pengobatan Terkontrol

Meskipun mengukur aktivitas listrik neuron berguna dalam banyak disiplin ilmu, membuat implant chip antarmuka otak yang tahan lama dengan efek samping yang bisa diabaikan telah terbukti sulit. Sekarang, ilmuwan Korea telah mengembangkan antarmuka neural multifungsi fleksibel yang tidak hanya dapat mencatat aktivitas otak lokal secara real-time, tetapi juga mengalirkan obat secara konstan melalui saluran mikrofluida inovatif, mengurangi reaksi jaringan terhadap chip. Desain mereka dapat menemukan aplikasi yang luas dalam neuro sains dan neuro medis.

Kemampuan untuk mengukur aktivitas listrik otak telah membantu kita memperoleh pemahaman yang jauh lebih baik tentang proses, fungsi, dan penyakit otak selama beberapa dekade. Sejauh ini, banyak aktivitas ini diukur melalui elektroda yang ditempelkan pada kulit kepala (melalui elektroensefalografi (EEG)); namun, kemampuan untuk memperoleh sinyal langsung dari dalam otak itu sendiri (melalui perangkat antarmuka neural) selama kegiatan sehari-hari dapat membawa neuro sains dan neuro medis ke tingkat yang sepenuhnya baru. Hambatan utama bagi rencana ini adalah, sayangnya, implementasi antarmuka neural telah terbukti sangat tantalising.

Bahan yang digunakan dalam elektroda minuscule yang membuat kontak dengan neuron, serta yang semua konektor, harus fleksibel namun cukup tahan untuk menahan lingkungan yang relatif keras di dalam tubuh. Upaya sebelumnya untuk mengembangkan antarmuka otak yang tahan lama telah terbukti sulit karena respons biologis alami tubuh, seperti peradangan, menurunkan kinerja listrik elektroda seiring waktu. Namun bagaimana jika kita memiliki cara praktis untuk secara lokal memberikan obat antiperadangan di mana elektroda membuat kontak dengan otak?

Tim peneliti telah mengembangkan antarmuka otak multifungsi baru yang dapat secara simultan mencatat aktivitas neuron dan memberikan obat cair ke lokasi implant. Berbeda dengan perangkat rigid yang ada, desain mereka memiliki struktur 3D fleksibel di mana array jarum mikro digunakan untuk mengumpulkan banyak sinyal neural di atas area, sementara garis konduktif logam tipis membawa sinyal ini ke rangkaian eksternal. Salah satu aspek paling menakjubkan dari studi ini adalah, dengan menumpuk dan memikrokimia banyak lapisan polimer secara strategis, ilmuwan berhasil menyatukan saluran mikrofluida pada bidang yang sejajar dengan garis konduktif. Saluran ini terhubung ke reservoir kecil (yang berisi obat yang akan diberikan) dan dapat mengalirkan aliran konstan cairan menuju jarum mikro.

Tim memvalidasi pendekatan mereka melalui eksperimen antarmuka otak pada tikus hidup, diikuti oleh analisis konsentrasi obat dalam jaringan di sekitar jarum.

Pengembangan antarmuka otak multifungsi yang tahan lama memiliki implikasi di seluruh banyak disiplin ilmu. “Perangkat kami mungkin cocok untuk antarmuka otak-mesin, yang memungkinkan orang terluka untuk menggerakkan lengan atau kaki robot menggunakan pikiran mereka, dan untuk mengobati penyakit neurologis dengan stimulasi listrik dan/atau kimia selama bertahun-tahun,” ujar Dr. Yoo Na Kang dari Korea Institute of Machinery & Materials.