Pesquisadores da Universidade de Stanford desenvolveram um novo dispositivo para conectar o cérebro diretamente a tecnologias baseadas em sila­cio. Embora os dispositivos de interface cérebro-ma¡quina já existam - e sejam usados ​​para pra³teses, tratamento de doenças e pesquisas sobre o cérebro -, este dispositivo mais recente pode registrar mais dados e ser menos invasivo do que as opções existentes.

"Ninguanãm pegou esses eletra´nicos de sila­cio 2D e os combinou com a arquitetura tridimensional do cérebro", disse Abdulmalik Obaid, estudante de ciências e engenharia de materiais em Stanford. “Tivemos que jogar fora o que já sabemos sobre a fabricação convencional de chips e projetar novos processos para trazer a eletra´nica de sila­cio a  terceira dimensão. E tivemos que fazer isso de uma maneira que pudesse ser ampliada facilmente. ”

O dispositivo, objeto de um artigo publicado em 20 de mara§o na Science Advances , contanãm um feixe de micro-fios, com cada fio com menos da metade da largura do cabelo humano mais fino. Esses fios finos podem ser suavemente inseridos no cérebro e conectados externamente diretamente a um chip de sila­cio que registra os sinais elanãtricos do cérebro que passam por cada fio - como fazer um filme de atividade elanãtrica neural. As versaµes atuais do dispositivo incluem centenas de micro-fios, mas as versaµes futuras podem conter milhares.

"A atividade elanãtrica éuma das formas de resolução mais alta de se observar a atividade cerebral", disse Nick Melosh , professor de ciência e engenharia de materiais em Stanford e co-autor saªnior do artigo. "Com essa matriz de fios, podemos ver o que estãoacontecendo nonívelde neura´nio aºnico".

Os pesquisadores testaram sua interface cérebro-ma¡quina em células retinianas isoladas de ratos e no cérebro de camundongos vivos. Nos dois casos, eles obtiveram sinais significativos com sucesso nas centenas de canais da matriz. Pesquisas em andamento determinara£o ainda por quanto tempo o dispositivo pode permanecer no cérebro e o que esses sinais podem revelar. A equipe estãoespecialmente interessada no que os sinais podem dizer sobre o aprendizado. Os pesquisadores também estãotrabalhando em aplicações em pra³teses, principalmente na assistaªncia a  fala.

Os pesquisadores sabiam que, para alcana§ar seus objetivos, eles tinham que criar uma interface cérebro-ma¡quina que fosse não são duradoura, mas também capaz de estabelecer uma conexão estreita com o cérebro, causando danos ma­nimos. Eles se concentraram na conexão com dispositivos baseados em sila­cio, a fim de aproveitar os avanços nessas tecnologias.

"Os chips de sila­cio são muito poderosos e tem uma capacidade incra­vel de aumentar a escala", disse Melosh. “Nossa matriz combina com essa tecnologia de maneira muito simples. Vocaª pode simplesmente pegar o chip, pressiona¡-lo na extremidade exposta do pacote e receber os sinais. ”

Um dos principais desafios enfrentados pelos pesquisadores foi descobrir como estruturar a matriz. Tinha que ser forte e dura¡vel, apesar de seus principais componentes serem centenas de fios minaºsculos. A solução foi enrolar cada fio em um pola­mero biologicamente seguro e depois agrupa¡-los dentro de um colar de metal. Isso garante que os fios estejam espaa§ados e devidamente orientados. Abaixo do colar, o pola­mero éremovido para que os fios possam ser direcionados individualmente para o cérebro.

Os dispositivos de interface cérebro-ma¡quina existentes são limitados a cerca de 100 fios, oferecendo 100 canais de sinal, e cada um deles deve ser meticulosamente colocado na matriz a  ma£o. Os pesquisadores passaram anos refinando suas técnicas de design e fabricação para permitir a criação de uma matriz com milhares de canais - seus esforços apoiados, em parte, por uma doação do Instituto Wu Tsai de Neurociências - Grandes Ideias .

“O design deste dispositivo écompletamente diferente de qualquer dispositivo de gravação de alta densidade existente, e a forma, tamanho e densidade da matriz podem ser simplesmente variados durante a fabricação. Isso significa que podemos gravar simultaneamente diferentes regiaµes do cérebro em diferentes profundidades com praticamente qualquer arranjo 3D ”, disse Jun Ding , professor assistente de neurocirurgia e neurologia e co-autor do artigo. "Se aplicada de maneira ampla, essa tecnologia superara¡ em muito a nossa compreensão da função cerebral nos estados de saúde e doena§a".

Depois de passar anos perseguindo essa idanãia ambiciosa, mas elegante, não foi atéo final do processo que eles tinham um dispositivo que poderia ser testado em tecido vivo.

"Tivemos que pegar quila´metros de micro-fios e produzir matrizes em grande escala, depois conecta¡-los diretamente a chips de sila­cio", disse Obaid, co-autor principal do artigo. “Apa³s anos trabalhando nesse projeto, testamos na retina pela primeira vez e funcionou imediatamente. Foi extremamente reconfortante.

Apa³s os testes iniciais na retina e em ratos, os pesquisadores estãoagora realizando estudos em animais a longo prazo para verificar a durabilidade do conjunto e o desempenho de versaµes em larga escala. Eles também estãoexplorando que tipo de dados o dispositivo pode relatar. Os resultados atéagora indicam que eles podem assistir ao aprendizado e ao fracasso a  medida que ocorrem no cérebro. Os pesquisadores estãootimistas quanto a  possibilidade de um dia usar o conjunto para melhorar as tecnologias médicas para seres humanos, como pra³teses meca¢nicas e dispositivos que ajudam a restaurar a fala e a visão.