Международная группа исследователей разработала инновационный нейроинтерфейс Smart Dura – искусственную твердую мозговую оболочку, которая может заменить естественную защитную мембрану мозга у приматов. Это устройство открывает новые возможности для долгосрочного мониторинга и стимуляции мозговой активности. Исследование опубликовано на портале bioRxiv.org.
Smart Dura представляет собой гибкую прозрачную мембрану из биосовместимых материалов – PDMS(полидиметилсилоксана) и парилена. Ее ключевая особенность – интеграция микроскопических электродов (диаметром всего 20-40 микрон) прямо в структуру оболочки. Всего устройство может содержать до 256 таких электродов, расположенных с шагом от 1 до 2.5 мм.
Технология прошла серию испытаний in vitro, показав стабильную работу в течение 81 дня. После обработки проводящим полимером PEDOT:PSS импеданс электродов составил 30.4±2.4 кОм на частоте 1 кГц. Устройство оказалось способным регистрировать как локальные полевые потенциалы, так и активность отдельных нейронов.
Особенность Smart Dura – ее оптическая прозрачность (более 85% в видимом и инфракрасном диапазоне), что позволяет одновременно с электрофизиологическими измерениями проводить оптическую визуализацию и стимуляцию. В экспериментах авторы подтвердили возможность совмещения устройства с двухфотонной микроскопией и оптогенетикой.
Исследователи отмечают, что механические свойства искусственной оболочки (модуль Юнга около 109 МПа) близки к характеристикам естественной твердой мозговой оболочки, что снижает риск повреждения тканей при длительном использовании. Устройство уже протестировали на макаках, у которых получилось регистрировать нейронную активность во время выполнения поведенческих задач.
Разработка открывает новые перспективы для нейронаучных исследований, позволяя проводить долгосрочные мультимодальные исследования мозга приматов – важного модельного организма для изучения человеческого мозга и разработки новых методов лечения неврологических заболеваний.
Текст: Полина Ложкина