Un grup de cercetători de la Universitatea de Tehnologie Chalmers din Suedia, Universitatea Freiburg din Germania şi Institutul de Neuroştiinţe din Olanda a creat un implant de dimensiuni excepţional de mici, cu electrozi de mărimea unui singur neuron, care poate rămâne intact în organism în timp - o combinaţie unică promiţătoare pentru viitoarele implanturi oculare pentru nevăzători.
Deseori, în cazul nevăzătorilor, o parte a ochiului acestora este deteriorată, dar cortexul vizual din creier funcţionează în continuare şi aşteaptă să primească informaţii.
Atunci când se ia în considerare stimularea creierului pentru restabilirea vederii, este nevoie de mii de electrozi care să intre într-un implant pentru a acumula suficiente informaţii cu scopul de a crea o imagine. Prin trimiterea de impulsuri electrice prin intermediul unui implant către cortexul vizual al creierului, se poate crea o imagine, iar fiecare electrod ar reprezenta un pixel.
„Această imagine nu ar reprezenta lumea aşa cum ar putea să o vadă o persoană cu vedere completă. Imaginea creată prin impulsuri electrice ar fi ca un spaţiu întunecat şi câteva puncte care s-ar aprinde în funcţie de informaţiile primite. Cu cât sunt mai mulţi electrozi, cu atât imaginea ar fi mai bună", spune Maria Asplund, care a condus partea de dezvoltare tehnologică a proiectului şi este profesor de bioelectronică la Universitatea de Tehnologie Chalmers din Suedia.
Implantul de vedere creat în cadrul acestui studiu poate fi descris ca un „fir" cu mulţi electrozi plasaţi la rând, unul după altul. Pentru o imagine îmbunătăţită ar fi nevoie de mai multe fire cu mii de electrozi conectaţi la fiecare, dar rezultatele acestui studiu reprezintă un pas important către un astfel de implant, spun cercetătorii.
Viitorul implanturilor vizuale
Un implant electric pentru îmbunătăţirea vederii la persoanele cu orbire nu este un concept nou. Cu toate acestea, tehnologia implanturilor care este explorată în prezent pe pacienţi umani datează din anii 1990 şi există mai mulţi factori care trebuie îmbunătăţiţi, de la dimensiunea voluminoasă care poate provoca lezarea creierului din cauza dimensiunilor mari ale implantului, la materialele care se corodează în timp sau sunt prea rigide.
Prin crearea unui electrod foarte mic, de mărimea unui singur neuron, cercetătorii au potenţialul de a monta mult mai mulţi electrozi pe un singur implant şi de a construi o imagine mai detaliată pentru utilizator. Amestecul unic de materiale flexibile şi necorozive face din această abordare o soluţie pe termen lung pentru implanturile vizuale.
Miniaturizarea componentelor implanturilor vizuale este esenţială, spun specialiştii. În special electrozii, deoarece aceştia trebuie să fie suficient de mici pentru a putea rezolva stimularea unui număr mare de puncte din 'zonele vizuale ale creierului'.
Crearea unui implant electric la o scară atât de mică vine ănsă cu provocările sale, mai ales într-un mediu dur, cum este corpul uman.
Principalul obstacol nu este acela de a micşora electrozii, ci de a-i face pe cei minusculi să reziste mult timp într-un mediu umed şi coroziv.
Coroziunea metalelor în implanturile chirurgicale este o problemă uriaşă şi, întrucât materialul este partea funcţională, dar şi partea care se corodează, cantitatea de metal este esenţială.
Implantul electric pe care echipa l-a creat are o lăţime minusculă de 40 de micrometri şi o grosime de 10 micrometri, cât un fir de păr despicat, iar părţile metalice au o grosime de doar câteva sute de nanometri.
Cercetătorii au în vedere ca implantul să nu se corodeze, altfel ar înceta să mai funcţioneze.
În trecut, această problemă nu a putut fi rezolvată, dar acum, echipa de cercetători a creat un amestec unic de materiale stratificate care nu se corodează.
Acesta include un polimer conductor pentru a transforma stimularea electrică necesară pentru ca implantul să funcţioneze prin transmiterea de răspunsuri electrice în neuroni. Polimerul formează un strat protector pe metal şi face ca electrodul să fie mult mai rezistent la coroziune, fiind practic un strat protector de plastic care acoperă metalul.
„Combinaţia de metal şi polimer conductor pe care am folosit-o este revoluţionară pentru implanturile de vedere, şi sperăm că ele ar putea să rămână funcţionale pe toată durata de viaţă a implantului", explică Asplund, lucru care este explorat în prezent în cadrul unui proiect european de amploare aflat în curs de desfăşurare.
Acum ştim că este posibil să facem electrozi la fel de mici ca un neuron (celulă nervoasă) şi să menţinem acest electrod în funcţiune în mod eficient în creier pe perioade foarte lungi de timp, ceea ce este promiţător, deoarece acest lucru lipsea până acum. Următorul pas va fi crearea unui implant care să poată avea conexiuni pentru 1000 de electrozi", spune Asplund, lucru care este explorat în prezent în cadrul unei echipe mai mari, în cadrul proiectului european în curs de desfăşurare Neuraviper*.
Mai multe despre: metoda de studiu
Metoda a fost implementată de o echipă de cercetare de la Institutul de Neuroştiinţe din Olanda, unde şoarecii au fost antrenaţi să răspundă la un impuls electric în cortexul vizual al creierului.
Studiul a arătat că nu numai că animalele au putut învăţa să reacţioneze la stimularea aplicată prin intermediul electrozilor în doar câteva sesiuni, dar pragul minim de curent pentru care şoarecii au raportat o percepţie a fost mai mic decât cel al implanturilor standard pe bază de metal.
Echipa de cercetare a mai raportat că funcţionalitatea implantului a rămas stabilă în timp, pentru un şoarece chiar până la sfârşitul duratei sale naturale de viaţă.
Cercetarea a fost publicată într-un articol publicat în revista Advanced Healthcare Materials.
*În cadrul proiectului Orizont 2020, cercetători din şapte organizaţii europene examinează modul în care poate fi restabilită vederea persoanelor cu deficienţe de vedere prin stimularea electrică a creierului. Scopul proiectului este de a dezvolta o neuroproteză cu mii de electrozi dirijaţi de algoritmi de învăţare automată pentru o nouă tehnologie de interfaţă creier-computer.
