درمان اختلالات عصبی با الکترودهای چاپ سه بعدی

به گزارش گروه هوش مصنوعی به نقل از ایسنا و به نقل از نانومگزین، پژوهشگران "دانشگاه کارنگی ملون" (CMU)، پیشگام ارائه فناوری جدیدی موسوم به "آرایه کارنگی ملون" (CMU Array) هستند. این فناوری، نوع جدیدی از آرایه میکروالکترودی برای پلتفرم های رابط مغز و کامپیوتر است و شاید بتواند به پزشکان در درمان اختلالات عصبی کمک کند.

این فناوری موسوم به "آرایه میکروالکترودی با چگالی فوق العاده بالا" (MEA) که به طور سه بعدی در مقیاس نانو چاپ شده، کاملا قابل تنظیم شدن است. این بدان معناست که بیمارانی که به صرع مبتلا هستند یا از عدم عملکرد اندام به سبب سکته رنج می برند، روزی می توانند درمان پزشکی شخصی سازی شده را برای نیازهای فردی خود داشته باشند.

این همکاری، ترکیبی از تخصص "راهول پانات" (Rahul Panat)، دانشیار مهندسی مکانیک و "اریک ایتری" (Eric Yttri)، دانشیار علوم زیستی دانشگاه کارنگی ملون است. این گروه پژوهشی، تازه ترین روش میکروساخت موسوم به "چاپ سه بعدی جت آئروسل" (Aerosol Jet 3D printing) را برای تولید آرایه هایی به کار بردند که موانع اصلی طراحی سایر آرایه های "رابط مغز و رایانه" (BCI) را حل می کند.

پانات توضیح داد: چاپ سه بعدی جت آئروسل، سه مزیت عمده دارد. کاربران می توانند آرایه های میکروالکترودی با چگالی فوق العاده بالا را متناسب با نیازهای ویژه خود سفارشی سازی کنند. این آرایه ها می توانند در سه بعد در مغز کار کنند، چگالی آنها بیشتر است و بدین ترتیب، قوی تر هستند.

رابطهای مغز و کامپیوتر مبتنی بر آرایه های میکروالکترودی با چگالی فوق العاده، نورون های مغز را به تجهیزات الکترونیکی بیرونی برای نظارت یا تحریک فعالیت مغز متصل می کنند. آنها اغلب برای کاربردهایی مانند دستگاه های پروتز عصبی، اندام های مصنوعی و ایمپلنت های بینایی، بمنظور انتقال اطلاعات از مغز به اندام هایی استفاده می شوند که عملکرد خودرا از دست داده اند. همچنین رابط های مغز و کامپیوتر، کاربردهای بالقوه ای را در درمان بیماریهای عصبی مانند صرع، افسردگی و اختلال وسواس فکری-عملی دارند. در هر حال، این دستگاهها با محدودیت هایی همراه هستند.

دو نوع دستگاه رابط مغز و کامپیوتر محبوب وجود دارد. قدیمی ترین آن "آرایه یوتا" (Utah array) است که در "دانشگاه یوتا" (University of Utah) توسعه یافته و در سال ۱۹۹۳ به ثبت رسیده است. این آرایه مبتنی بر سیلیکون، میدانی از پین ها یا ساقه های کوچک را به کار می گیرد که می توانند مستقیما به مغز وارد شوند تا تخلیه الکتریکی از نورون ها را در نوک هر پین تشخیص دهند.

دومین نمونه، "آرایه میشیگان" (Michigan array) است که روی تراشه های سیلیکونی صاف و ظریف چاپ می شود. این آرایه، الکترون هایی را که روی تراشه ها می آیند، می خواند. باتوجه به محدودیت های طراحی، هر دوی این آرایه ها فقط قادر به ضبط در یک صفحه دوبعدی هستند. این بدان معناست که آنها را نمی توان برای مطابقت با نیازهای هر بیمار یا برنامه شخصی سازی کرد.

آرایه دانشگاه کارنگی ملون، متراکم ترین رابط مغز و کامپیوتر است، اما تقاضا برای نمونه های با کیفیت بالاتر وجود دارد. نمونه هایی که برای کنترل اعمال مجازی روی کامپیوتر یا حرکات پیچیده اندام استفاده می شوند، با محدودیت های فناوری فعلی همراه هستند. برنامه های پیشرفته تر به نمونه هایی نیاز دارند که برای هر شخص، سفارشی سازی شده باشند.

ایتری گفت: حالا در عرض چند روز می توانیم یک دستگاه دقیق را متناسب با نیازهای بیمار یا شخص آزمایش کننده تولید نماییم. علاوه بر این، بااینکه فناوری هایی مانند تحریک قشر بینایی و کنترل اندام مصنوعی با موفقیت توسط مردم استفاده می شوند اما توانایی شخصی سازی سیستم کنترل در مغز می تواند راه را برای پیشرفت های قابل توجه دراین زمینه هموار کند.

پانات پیش بینی می کند که ممکنست پنج سال بطول منجر شود تا آزمایش های انسانی را ببینیم و حتی بیشتر بطول منجر شود تا شاهد استفاده تجاری باشیم. این گروه پژوهشی هیجان زده هستند که این فرآیند موفقیت آمیز را در اختیار سایر پژوهشگران این حوزه قرار دهند تا آزمایش طیف گسترده ای از برنامه ها را شروع کنند.

پانات افزود: گام بعدی ما، همکاری با "مؤسسه ملی بهداشت آمریکا" (NIH) و سایر شرکای تجاری است تا این یافته ها را در سریع ترین زمان ممکن به آزمایشگاه های دیگر برسانیم و برای سرمایه گذاری در امتداد تجاری سازی این فناوری درخواست دهیم.