Исследовательская группа под руководством Оксфордского и Кембриджского университетов создала новые «вдохновленные оригами» мозговые электроды, которые могут складываться до части от их полного размера. Это достижение может значительно сократить количество хирургических операций, необходимых для лечения таких состояний, как эпилепсия, или для установки интерфейсов мозг-компьютер.

Измерение электрической активности мозга необходимо для точной диагностики и лечения таких заболеваний, как эпилепсия. Однако для этого хирургам часто приходится вырезать большое окно в черепе (краниотомия), чтобы разместить электроды непосредственно на поверхности мозга . Эта высокоинвазивная процедура обычно влечет за собой длительный период восстановления и сопряжена с серьезными рисками инфицирования.

Исследование «Мягкий жидкостный привод в стиле оригами для малоинвазивной электрокортикографии большой площади», опубликованное в журнале Nature Communications , продемонстрировало, что использование складной конструкции для мозговых электродов может сократить необходимую область разреза примерно в пять раз, не влияя на функциональность.

Старший автор, доцент Кристофер Проктор (кафедра инженерных наук Оксфордского университета), сказал: «Это исследование представляет новый подход к прямому взаимодействию с большими областями мозга посредством хирургии, подобной замочной скважине. Потенциальное значение этой работы имеет два аспекта. Во-первых, есть надежда на менее инвазивный диагностический инструмент для пациентов с эпилепсией. Во-вторых, мы предполагаем, что минимально инвазивный характер откроет новые возможности для применения в интерфейсах мозг-машина».

Иллюстрация электродной решетки, вдохновленной оригами, которая разворачивается на поверхности мозга после минимально инвазивной хирургической имплантации. Автор: Массимо Мариелло (Оксфордский университет)
В полностью развернутом виде устройство напоминает плоскую прямоугольную силиконовую пластину с 32 встроенными электродами, прикрепленными к кабелю. Пластина толщиной около 70 микрон (примерно ширина человеческого волоса) затем складывается, подобно гармошке, что позволяет ей проходить через щель шириной всего 6 мм. После размещения на поверхности мозга заполненная жидкостью под давлением камера в пластине надувается и разворачивает устройство, чтобы покрыть площадь в пять раз большую, до 600 мм 2 .

Для сравнения, применение неразборного устройства того же размера обычно потребовало бы вырезания из черепа области площадью не менее 600 мм2 .

Исследователи подтвердили функциональность устройства, протестировав его на анестезированных свиньях, используя оборудование в университетах Кембриджа и Болоньи. Это показало, что развернутые электроды способны точно определять и регистрировать активность мозга.

По словам команды, устройство может потенциально начать использоваться для лечения пациентов-людей в течение нескольких лет. Около 50 миллионов человек во всем мире страдают эпилепсией, что несет риск преждевременной смерти в три раза выше, чем для населения в целом (Всемирная организация здравоохранения).

Тонкопленочная мягкая роботизированная электродная решетка, разработанная для более безопасного и менее инвазивного хирургического картирования эпилепсии. Кредит: Лоуренс Коулз (Кембриджский университет)
Ведущий автор доктор Лоуренс Коулз (кафедра инженерии Кембриджского университета) сказал: «Сейчас мы работаем с клиническими партнерами над усовершенствованием дизайна с целью начать испытания на людях в течение двух лет. Помимо эпилепсии, этот подход можно использовать для диагностики и лечения других состояний, которые приводят к мозговым припадкам, например, некоторых опухолей мозга».

По словам исследователей, складная конструкция также может сократить количество хирургических операций, необходимых для установки интерфейсов мозг-компьютер , что может принести пользу людям с ограниченными возможностями, а также оптимизировать взаимодействие человека с компьютером.

«Интерфейсы мозг-компьютер — невероятно быстро развивающаяся и многообещающая область развития», — добавил доктор Коулз. «Особенно захватывающей областью является прямое декодирование речи, где электроды измеряют сигналы непосредственно с поверхности мозга, чтобы перевести то, что человек пытается сказать».

Лей Сандер, медицинский директор Общества эпилепсии и профессор неврологии в UCL (который не принимал участия в исследовании), сказал: «Это захватывающий новый подход к хирургии мозга, но он пока еще в зачаточном состоянии. Все, что снижает инвазивность хирургии мозга и риск инфекции, следует приветствовать, особенно если это обещает более короткое время восстановления».

«Операция на головном мозге возможна только для тех людей, у которых мы можем точно определить область мозга, где у них происходят припадки, но в этих случаях она дает реальную надежду на избавление от припадков».