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《Nature Materials》:石墨烯可以听见你大脑的“窃窃私语”!

Graphene旗舰研究人员开发出一种传感器,能够以极低的频率记录大脑活动,并可能为癫痫带来新的治疗方法。新开发的基于石墨烯的植入物可以在极低频率和大面积区域记录大脑中的电活动,从而解锁0.1 Hz以下的大量信息。

《Nature Materials》:石墨烯可以听见你大脑的“窃窃私语”!

Graphene旗舰研究人员开发出一种传感器,能够以极低的频率记录大脑活动,并可能为癫痫带来新的治疗方法

新开发的基于石墨烯的植入物可以在极低频率和大面积区域记录大脑中的电活动,从而解锁0.1 Hz以下的大量信息。 这项技术将在巴塞罗那Graphene Pavilionat移动世界大会(2019年2月25日至28日)上展示,由巴塞罗那微电子研究所(IMB-CNM,CSIC),加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所的Graphene旗舰合作伙伴共同开发(ICN2)。 这项研究刚刚发表在《Nature Materials》杂志上,描述了这项突破性的技术将如何增强我们对大脑的理解,并为下一代脑机接口铺平道路。

《Nature Materials》:石墨烯可以听见你大脑的“窃窃私语”!

关于人类大脑的知识体系不断增长,但许多问题仍未得到解决。 几十年来,研究人员一直在使用电极阵列来记录大脑的电活动,绘制不同大脑区域的活动,以了解一切正常时的情况,以及未发生时的情况。 然而,到目前为止,这些阵列仅能够检测特定频率阈值以上的活动。 石墨烯旗舰公司开发的一项新技术克服了这一技术限制,解锁了0.1 Hz以下的大量信息,同时为未来的脑机接口铺平了道路。

《Nature Materials》:石墨烯可以听见你大脑的“窃窃私语”!

通过石墨烯观察皮质扩散抑制后的脑血流量(图片来源:ICFO / Ernesto Vidal)

新设备的开发得益于三个Graphene旗舰合作伙伴(IMB-CNM,ICN2和ICFO)的合作,并与IDIBAPS的生物医学专家一起进行了大脑记录。 这项新技术远离电极,采用创新的基于晶体管的架构,可在将大脑信号传输到接收器之前对其进行原位放大。 使用石墨烯构建这种新结构意味着所得到的植入物可以支持比标准电极阵列更多的记录位置。 它纤细且足够灵活,可以在皮质的大面积上使用而不会被拒绝或干扰正常的大脑功能。 结果是前所未有的低频脑活动映射已知可携带关于不同事件的关键信息,例如癫痫发作和中风的发作和进展。

对于神经病学家来说,这意味着他们终于可以获得一些我们的大脑只能窃窃私语的线索。 这项突破性的技术可以改变我们记录和观察大脑电活动的方式。 未来的应用将为癫痫的发生和结束位置和方式提供前所未有的见解,为癫痫的诊断和治疗提供新的方法。

“除了癫痫之外,这种精确的映射和与大脑的互动还有其他令人兴奋的应用,”在Graphene旗舰合作伙伴ICN2工作的研究负责人之一JoséAntonioGarrido解释道。 “与普通标准无源电极相比,我们的基于活性石墨烯的晶体管技术将推动新型多路复用策略的实施,这种策略可以显着增加大脑中记录位点的数量,从而引领新一代脑机接口的发展“。 利用“多路复用”,这种支持石墨烯的技术也可以由一些相同的研究人员进行调整,以恢复语音和通信。 ICN2通过一项专利保护了这项技术,该专利保护使用基于石墨烯的晶体管来测量低频神经信号。

“这项工作是一个典型的例子,说明灵活的基于石墨烯的晶体管阵列技术如何提供超越当今可实现的能力,并为未经探索的神经活动频率提供可能性”, 石墨烯旗舰的医学和传感器部门的专家Kostas Kostarelos指出。

Graphene旗舰科技官员Andrea C. Ferrari及其管理小组主席补充说,“石墨烯和相关材料在生物医学应用方面具有重大机遇。石墨烯旗舰公司通过资助专用工作包来认可这一点。 研究清楚地表明,石墨烯可以为脑过程的研究带来前所未有的进展。“

这项新技术将成为Graphene Pavilion在即将到来的巴塞罗那世界移动通信大会(2019年2月25日至28日)的主要景点之一。 该展览将展示石墨烯和相关材料的最新创新成果,这是由欧洲委员会资助的最大的研究计划之一 – 石墨烯旗舰。 除了健康和医疗设备的应用外,展馆还将安装新的石墨烯原型,用于移动和数据通信,可穿戴设备和物联网。

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

本文来自中国科学院,本文观点不代表利特纳米立场,转载请联系原作者。

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