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《Nature Materials》:石墨烯可以聽見你大腦的“竊竊私語”!

Graphene旗艦研究人員開發出一種傳感器,能夠以極低的頻率記錄大腦活動,并可能為癫痫帶來新的治療方法。新開發的基于石墨烯的植入物可以在極低頻率和大面積區域記錄大腦中的電活動,從而解鎖0.1 Hz以下的大量信息。

《Nature Materials》:石墨烯可以聽見你大腦的“竊竊私語”!

Graphene旗艦研究人員開發出一種傳感器,能夠以極低的頻率記錄大腦活動,并可能為癫痫帶來新的治療方法

新開發的基于石墨烯的植入物可以在極低頻率和大面積區域記錄大腦中的電活動,從而解鎖0.1 Hz以下的大量信息。 這項技術将在巴塞羅那Graphene Pavilionat移動世界大會(2019年2月25日至28日)上展示,由巴塞羅那微電子研究所(IMB-CNM,CSIC),加泰羅尼亞納米科學和納米技術研究所的Graphene旗艦合作夥伴共同開發(ICN2)。 這項研究剛剛發表在《Nature Materials》雜志上,描述了這項突破性的技術将如何增強我們對大腦的理解,并為下一代腦機接口鋪平道路。

《Nature Materials》:石墨烯可以聽見你大腦的“竊竊私語”!

關于人類大腦的知識體系不斷增長,但許多問題仍未得到解決。 幾十年來,研究人員一直在使用電極陣列來記錄大腦的電活動,繪制不同大腦區域的活動,以了解一切正常時的情況,以及未發生時的情況。 然而,到目前為止,這些陣列僅能夠檢測特定頻率阈值以上的活動。 石墨烯旗艦公司開發的一項新技術克服了這一技術限制,解鎖了0.1 Hz以下的大量信息,同時為未來的腦機接口鋪平了道路。

《Nature Materials》:石墨烯可以聽見你大腦的“竊竊私語”!

通過石墨烯觀察皮質擴散抑制後的腦血流量(圖片來源:ICFO / Ernesto Vidal)

新設備的開發得益于三個Graphene旗艦合作夥伴(IMB-CNM,ICN2和ICFO)的合作,并與IDIBAPS的生物醫學專家一起進行了大腦記錄。 這項新技術遠離電極,采用創新的基于晶體管的架構,可在将大腦信号傳輸到接收器之前對其進行原位放大。 使用石墨烯構建這種新結構意味着所得到的植入物可以支持比标準電極陣列更多的記錄位置。 它纖細且足夠靈活,可以在皮質的大面積上使用而不會被拒絕或幹擾正常的大腦功能。 結果是前所未有的低頻腦活動映射已知可攜帶關于不同事件的關鍵信息,例如癫痫發作和中風的發作和進展。

對于神經病學家來說,這意味着他們終于可以獲得一些我們的大腦隻能竊竊私語的線索。 這項突破性的技術可以改變我們記錄和觀察大腦電活動的方式。 未來的應用将為癫痫的發生和結束位置和方式提供前所未有的見解,為癫痫的診斷和治療提供新的方法。

“除了癫痫之外,這種精确的映射和與大腦的互動還有其他令人興奮的應用,”在Graphene旗艦合作夥伴ICN2工作的研究負責人之一JoséAntonioGarrido解釋道。 “與普通标準無源電極相比,我們的基于活性石墨烯的晶體管技術将推動新型多路複用策略的實施,這種策略可以顯着增加大腦中記錄位點的數量,從而引領新一代腦機接口的發展“。 利用“多路複用”,這種支持石墨烯的技術也可以由一些相同的研究人員進行調整,以恢複語音和通信。 ICN2通過一項專利保護了這項技術,該專利保護使用基于石墨烯的晶體管來測量低頻神經信号。

“這項工作是一個典型的例子,說明靈活的基于石墨烯的晶體管陣列技術如何提供超越當今可實現的能力,并為未經探索的神經活動頻率提供可能性”, 石墨烯旗艦的醫學和傳感器部門的專家Kostas Kostarelos指出。

Graphene旗艦科技官員Andrea C. Ferrari及其管理小組主席補充說,“石墨烯和相關材料在生物醫學應用方面具有重大機遇。石墨烯旗艦公司通過資助專用工作包來認可這一點。 研究清楚地表明,石墨烯可以為腦過程的研究帶來前所未有的進展。“

這項新技術将成為Graphene Pavilion在即将到來的巴塞羅那世界移動通信大會(2019年2月25日至28日)的主要景點之一。 該展覽将展示石墨烯和相關材料的最新創新成果,這是由歐洲委員會資助的最大的研究計劃之一 – 石墨烯旗艦。 除了健康和醫療設備的應用外,展館還将安裝新的石墨烯原型,用于移動和數據通信,可穿戴設備和物聯網。

文章信息:

“High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors.” Nature Materials 2018, DOI: 10.1038/s41563-018-0249-4

本文來自中國科學院,本文觀點不代表利特納米立場,轉載請聯系原作者。

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