ایمپلنت مغزی چین با بهرهگیری از اوریگامی!
ایمپلنت مغزی سهبعدی شناور محققان چینی با استفاده از هنر اوریگامی میتواند از انقباض نخ مشاهده شده در ایمپلنتهای دیگر نظیر «نورالینک» جلوگیری کند.
محققان چینی از ایمپلنتهای مغزی الهام گرفته از کیریگامی رونمایی کردند که با بافت متحرک، خم میشوند.
کیریگامی(kirigami) گونهای از اوریگامی است که از ژاپن سرچشمه گرفته و در آن به جای تنها تا کردن کاغذ، با بریدن کاغذ به ساختن اثر میپردازند.
محققان چینی یک ایمپلنت مغزی جدید نرم و کشسان را با الهام از هنر اوریگامی توسعه دادهاند که برای حرکت همراه با مغز طراحی شده است تا به جای اینکه سفت و سخت بماند، بتواند به انقلابی در فناوری رابط مغز و رایانه(BCI) کمک کند.
این ایمپلنت جدید با استفاده از تکنیکی به نام کیریگامی توسعه داده شده است. این تکنیک شامل استفاده استراتژیک از برشها و تا زدنها برای ایجاد ساختارهای سهبعدی پیچیده است.
ایده پشت استفاده از این تکنیک این است که با یک ورق صاف شروع کنید و برشهایی را در مکانهای مختلف اضافه کنید تا هنگام کشش یا تا شدن، ورق به شکل سهبعدی تبدیل شود. مهندسان این هنر را دوست دارند، زیرا به مواد صاف اجازه میدهد بدون شکستن، کشیده، خم و پیچیده شوند.
در حال حاضر، رابطهای مغز و رایانه(BCI) مانند آنهایی که توسط شرکت نورالینک(Neuralink) توسعه یافتهاند، برای ثبت سیگنالهای عصبی از رشتههای الکترود کوچکی که در مغز قرار میگیرند، استفاده میکنند. با این حال، آنها تمایل به سخت شدن دارند که این یک مشکل است، زیرا مغز دائماً بر اثر ضربان قلب و هنگام تنفس حرکت میکند.
محققان در مقاله خود نوشتند: توسعه رابطهای مغز و رایانه نیاز به آرایههای میکروالکترود قابل کاشت دارد که بتوانند با نورونهای متعدد در مقیاسهای مکانی و زمانی بزرگ ارتباط برقرار کنند. به همین دلیل، BCIها تمایل دارند به مرور زمان تغییر مکان دهند یا جمع شوند که کیفیت سیگنال را کاهش میدهد. آنها همچنین میتوانند باعث التهاب یا آسیب بافتی شوند که اصلا ایدهآل نیست.
ایمپلنتهای مغزی الهام گرفته از اوریگامی
در سال ۲۰۲۴ بود که گزارش شد اولین ایمپلنت انسانی «نورالینک» پس از جابجایی بسیاری از رشتهها از موقعیت خود، عملکرد قابل توجهی را از دست داد. این یکی از بزرگترین پاشنههای آشیل برای BCIها است.
فانگ یینگ(Fang Ying)، محقق ارشد مؤسسه تحقیقات مغز چین میگوید: ما حدود چهار سال پیش دریافتیم که الکترودهای انعطافپذیر به دلیل حرکت مغز، خطر واقعی جمع شدن دارند.
وی افزود: این امر ما را بر آن داشت تا رویکردهای جدیدی را برای کاهش خطر بیرون کشیدن الکترودها هنگامی که یک سر آن به مغز متصل و سر دیگر آن به جمجمه ثابت شده است، بررسی کنیم.
تیم آکادمی علوم چین برای کمک به حل این مشکل تصمیم گرفت تکنیک باستانی تا کردن کاغذ ژاپنی را به جای استفاده از نخها، به نخهای الکترود BCI مارپیچی تبدیل کند.
این موضوع مهم است، زیرا مارپیچها میتوانند کشیده و فشرده شوند و در عین حال حرکت را به جای مقاومت در برابر آن، جذب کنند. آنها همچنین میتوانند فشار مکانیکی روی بافت مغز را کاهش دهند.
این BCI جدید هنگام کاشت، روی یک لایه هیدروژل نیز قرار میگیرد. این امر به کاهش اصطکاک، کاهش آسیب بافتی در حین استقرار و به عنوان یک حائل در برابر حرکت مغز کمک میکند.
ایمپلنتی که با مغز حرکت میکند
محققان توضیح میدهند که این امر به الکترودها کمک میکند تا به جای اینکه به شکل سفت و سخت به مغز بچسبند، روی آن شناور شوند.
نتایج حیرتانگیز بود. هنگامی که این تیم روی میمونهای ماکاک که مغزشان از نظر ساختار بسیار شبیه به مغز انسان است، آزمایش کرد، متوجه شد که رابط مغز و رایانه اوریگامی جدید قادر به ثبت همزمان فعالیت بیش از ۷۰۰ نورون قشر مغز است.
این رابط مغز و رایانه جدید توانست ناحیه نسبتاً بزرگی از مغز را پوشش دهد، ثبتهای سیگنالهای پایدار را حفظ کند و همچنین در مقایسه با طرحهای سنتیتر، جابجایی قابل توجهی کمتری نشان داد.
این موضوع مهم است، زیرا رابطهای مغز و رایانه معمولاً کاربردهایی مانند کمک به بیماران فلج در کنترل اندامهای رباتیک دارند. آنها همچنین میتوانند برای بازیابی گفتار، درمان اختلالات عصبی و به طور بالقوه بهبود قدرت شناختی انسان استفاده شوند.
اگر رابط بتواند همگام با مغز حرکت کند، اتصال را از دست نمیدهد، باعث التهاب نمیشود و به مغز آسیب نمیرساند و در نهایت دوام طولانیمدت آن محدود نخواهد شد.
بنابراین اگر این رویکرد جدید الهام گرفته از کیریگامی بتواند بر این مشکل غلبه کند، برای آینده این فناوری بسیار مهم خواهد بود.
این مطالعه در مجله Nature Electronics منتشر شده است.