Propunere de plan tehnologic pentru înregistrări neuronale pe viață la nivelul creierului
Înțelegerea creierului necesită instrumente capabile să urmărească activitatea neuronală pe multiple scale: de la impulsuri electrice de milisecunde în neuroni individuali, până la dinamica circuitelor cerebrale care se modifică pe parcursul lunilor, anilor și chiar al unei vieți întregi.
Tehnologiile existente se confruntă în continuare cu limitări majore în ceea ce privește realizarea unor înregistrări pe termen lung, la nivelul întregului creier, cu rezoluție la nivel de celulă și de impuls individual în mamifere.
O echipă de cercetători de la Universitatea Harvard a revizuit progresele recente în microelectronicile implantabile și a propus o foaie de parcurs tehnologică pentru realizarea electrofiziologiei pe viață la nivelul întregului creier în mamifere. Revizuirea a fost publicată în revista Nano Research pe 14 iulie 2026.
Echipa subliniază că activitatea cerebrală în mamifere este extrem de dinamică pe parcursul diferitelor etape ale vieții. În timpul dezvoltării, activitatea neuronală contribuie la reglarea proceselor precum proliferarea celulară, migrarea, formarea sinapselor și rafinarea circuitelor. În viața adultă și în timpul îmbătrânirii, activitatea neuronală sprijină învățarea, memoria și comportamentul, în timp ce activitatea anormală este strâns legată de tulburările neurologice și psihice.
„O tehnologie electrofiziologică ideală ar permite cercetătorilor să înregistreze din creierul mamiferelor pe întreaga sa extensie și pe parcursul întregii vieți, rezolvând în același timp neuroni individuali și impulsuri individuale”, a declarat Hao Sheng, primul autor al revizuirii. „Microelectronicile implantabile oferă una dintre cele mai promițătoare căi către acest obiectiv, dar mai multe provocări ingineriești trebuie să fie rezolvate.”
Revizuirea organizează aceste provocări în mai multe categorii majore. În primul rând, dispozitivele trebuie să se adapteze la schimbările mari în dimensiunea și forma creierului, mai ales în timpul dezvoltării. În al doilea rând, trebuie să reducă răspunsurile tisulare, cum ar fi gliosis, care pot degrada calitatea semnalului în timp. În al treilea rând, trebuie să mențină performanța electrică stabilă în biofluide pentru implantare pe termen lung. În sfârșit, sistemele viitoare trebuie să gestioneze achiziția, transmiterea și procesarea datelor la scară mare.
Revizuirea compară arhitecturile electrozilor pasivi și activi. Electrozii pasivi pot fi fabricați ultra-subțiri, moi și elastici, ceea ce îi face atractivi pentru studii pe termen lung și de dezvoltare. Electrozii activi, pe de altă parte, integrează amplificarea locală și multiplexarea, permițând un număr mai mare de canale și o calitate îmbunătățită a semnalului, dar introduc și provocări legate de rigiditate, consumul de energie și stabilitatea encapsulării.
Autorii discută, de asemenea, strategii emergente în materii, arhitectura dispozitivelor, implantare, transmisie wireless, sortarea impulsurilor și procesarea în buclă închisă. Împreună, aceste progrese ar putea sprijini viitoarele interfețe neuronale capabile să urmărească activitatea neuronilor individuali în regiuni distribuite ale creierului pe parcursul întregii vieți.
