10-04-2020

Het Francis Crick instituut

Onderzoekers van Crick, Stanford University en UCL hebben een nieuwe methode ontwikkeld waarmee hersenactiviteit nauwgezet op schaal kan worden vastgelegd. Deze techniek kan leiden tot nieuwe medische hulpmiddelen om mensen met een amputatie, mensen met een verlamming of mensen met neurologische aandoeningen zoals motorneuronziekte.

Het onderzoek bij muizen, dat gepubliceerd werd in Science advances, heeft een nauwkeurige en schaalbare methode om hersenactiviteit over grote gebieden, tegelijkertijd op de oppervlakte als in de diepere regio’s, vast te leggen.

Door het gebruik van de nieuwste electronica en ingenieurstechnieken, maakt het nieuwe apparaat gebruik van siliciumchiptechnologie met superdunne microdraden. Deze draden zijn tot 15 keer dunner dan een menselijke haar. De draden zijn zo dun dat ze in de hersenen kunnen worden geplaatst zonder aanzienlijke schade toe te brengen. Naast het vermogen om de hersenactiviteit nauwgezet vast te leggen, kan het toestel ook gebruikt worden om elektrische signalen te injecteren in precieze gebieden van de hersenen.

“Deze technologie vormt de basis voor een groot aantal toekomstige ontwikkelingen buiten het domein van het neurowetenschappelijk onderzoek. Het kan leiden tot technologie die een signaal van de hersenen naar een machine door kan geven, bijvoorbeeld om mensen met een amputatie te helpen om een prothetische ledemaat te controleren om een hand te schudden of op te staan. Het kan ook gebruikt worden om elektrische signalen te genereren in de heresenen wanneer neurone beschadigd zijn en niet zelf afvuren, zoals bij motorneuronenziekte,” zegt Andreas Schaefer, groepsleider in de neuropsychologie van het gedragslaboratorium bij de Crick en professor in neurowetenschappen aan de UCL.

Wanneer het apparaat verbonden is met een brein, gaan elektrische signalen van actieve neurone via de nabijgelegen microdraden naar een siliciumchip, waar de gegevens verwerkt worden en vervolgens geanalyseerd om te tonen welke hersengebieden actief zijn.

De onderzoekers hebben ervoor gezorgd dat het ontwerp van het apparaat gemakkelijk kan worden geschaalde, afhankelijk van de grootte van het dier, met enkele honderd draden voor een mouse tot meer dan 100.000 voor grotere zoogdieren. Dit is een belangrijk element van het apparaat, aangezien het betekent dat het in de toekomst mogelijk wordt om het te schalen voor gebruik bij mensen.

Mihaly Kollo, co-hoofdauteur, postdoc bij het Crick’s neurofysiologie van gedragslaboratorium en senior onderzoeksmedewerker bij UCL, zegt: “Een van de grootste uitdagingen bij het vastleggen van hersenactiviteit, vooral in diepere hersengebieden, is hoe de draden, ook wel elektroden genoemd, in de juiste positie te krijgen zonder veel weefselschade of bloedingen te veroorzaken. Onze methode overkomt dit problem door gebruik te maken van voldoende dunne elektroden.

“Een andere uitdaging is het vastleggen van de activiteit van de vele neurone die verdeeld zijn in lagen, in verschillende complexe figuren in een driedimensionale ruimte. Nogmaals, onze methode voorziet een oplossing, aangezien de draden in eenderwelke driedimensionale vorm geplaatst kunnen worden.

De technologie die in de studie beschreven wordt, is ook de basis voor een volledig geïntegreerd heresencomputerinterfacesysteem dat ontwikkeld wordt door Paradromics, een bedrijf opgericht door Matthew Angle, een van de auteurs van deze papers. Het bedrijf dat gesitueerd is in Texas werkt aan de ontwikkeling van een platform voor medische hulpmiddelen dat het leven van mensen met kritieke ziekten, waaronder verlamming, sensorische stoornissen en medicijnresistente neuro-psychiatrische ziekten.

Vertaling : Annelore Knoors

Bron : EurekAlert!