Un implant de grafè supera les barreres tècniques per a detectar activitat cerebral a freqüències extremadament baixes
Basat en grafè, és capaç de detectar activitat elèctrica cerebral a freqüències extremadament baixes, per sota dels 0,1 Hz, i sobre grans àrees. El prototip es va desenvolupar a l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC; l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2, un centre de BIST i CSIC, i el CIBER-BBN. Publicada a Nature Materials, aquesta trencadora tecnologia podria permetre un coneixement més profund del cervell i facilitar l'arribada d'una nova generació d'interfícies cervell-ordinador.
El coneixement que tenim del cervell humà creix de forma exponencial, però tot i així queden grans i petites preguntes pendents de resposta. La comunitat investigadora ha fet servir durant dècades guies de elèctrodes per detectar l'activitat elèctrica en el cervell, traçant el mapa de l’activitat de diferents regions del cervell per conèixer les seves senyals quan tot funciona correctament i, també, quan alguna cosa està fallant.
Tot i això, fins ara aquests elèctrodes tan sols han pogut detectar l'activitat per sobre de cert llindar de freqüència. Una nova tecnologia desenvolupada a Barcelona supera aquesta limitació tècnica, fent accessible el gran volum d'informació que es troba sota els 0,1 Hz, al mateix temps que facilita el disseny de futures interfícies cervell-ordinador.
Desenvolupada a l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM) del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC), amb l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2, un centre de BIST i CSIC) i el CIBER Bioenginyeria, Biomaterials i Nanomedicina (CIBER-BBN), i adaptada per poder utilitzar-se en el cervell per l'Institut d'Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), aquesta tecnologia deixa enrere els elèctrodes clàssics i usa una innovadora arquitectura basada en transistors que amplifica els senyals del cervell in situ abans de transmetre-les al receptor.
A més, gràcies a l'ús de grafè en la fabricació d'aquesta nova arquitectura, l'implant resultant pot incorporar molts més punts de detecció que una guia d'elèctrodes estàndard, i al mateix temps l’implant és prou prim i flexible com per poder aplicar-se sobre grans àrees del còrtex sense produir rebuig o interferir en el funcionament normal del cervell. El resultat és un registre sense precedents de l'activitat cerebral de baixa freqüència, on es troba informació crucial sobre diferents esdeveniments que tenen lloc al cervell, com ara l'inici i progressió d'un atac epilèptic.
Per als neuròlegs, això significa que tindran per fi accés als senyals més subtils del cervell. El Prof. Matthew Walker, de la University College London i un especialista mundial en epilèpsia clínica, ha afirmat que aquesta trencadora tecnologia té el potencial de canviar la forma en què es mesura i visualitza l'activitat elèctrica del cervell. Les seves aplicacions futures oferiran una comprensió sense precedents sobre on i com comencen i acaben els atacs, possibilitant nous acostaments al diagnòstic i tractament de l'epilèpsia.
Els detalls dels avenços tecnològics (pendents de patent) que han fet possible aquests implant s'han publicat a Nature Materials. El desenvolupament d'aquesta tecnologia ha estat impulsat pel grup d'Aplicacions Biomèdiques de l'IMB-CNM del CSIC, dirigit per la investigadora del CSIC, Dra. Rosa Villa, amb el Dr. Anton Guimerà Brunet com a investigador principal del projecte i Eduard Masvidal Codina, també de l'IMB-CNM, com a primer autor de l'article. Per la seva banda, el Prof. ICREA Jose A Garrido ha dirigit els esforços del ICN2. Els microtransistores de grafè es van adaptar per a la lectura de senyals cerebrals i es van testar in vivo a l'IDIBAPS, sota la supervisió de la professora ICREA Mavi Sánchez-Vives. Una tècnica d'imatge va ser desenvolupada en col·laboració amb ICFO, una aportació liderada pel Prof. ICREA Turgut Durduran(ICFO és un centre de BIST). El treball conjunt que ha fet tot això possible ha estat cofinançat pel grafè Flagship i el projecte BrainCom.
Article de referència:
Eduard Masvidal-Codina, Xavi Illa, Miguel Dasilva, Andrea Bonaccini Calia, Tanja Dragojević, Ernesto E. Vidal-Rosas, Elisabet Prats-Alfonso, Javier Martínez-Aguilar, Jose M. De la Cruz, Ramon Garcia-Cortadella, Philippe Godignon, Gemma Rius, Alessandra Camassa, Elena Del Corro, Jessica Bousquet, Clement Hébert, Turgut Durduran, Rosa Villa, Maria V. Sanchez-Vives, Jose A. Garrido & Anton Guimerà-Brunet. High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors. Nature Materials (2018). Published: 31 December 2018. https://www.nature.com/articles/s41563-018-0249-4
Jed A. Hartings. How slow can you go? Nature Materials (2018). Published: 31 December 2018.
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0272-5