Graphene旗艦研究人員開發(fā)出一種傳感器，能夠以極低的頻率記錄大腦活動，并可能為癲癇帶來新的治療方法。新開發(fā)的基于石墨烯的植入物可以在極低頻率和大面積區(qū)域記錄大腦中的電活動，從而解鎖0.1 Hz以下的大量信息。

Graphene旗艦研究人員開發(fā)出一種傳感器，能夠以極低的頻率記錄大腦活動，并可能為癲癇帶來新的治療方法

新開發(fā)的基于石墨烯的植入物可以在極低頻率和大面積區(qū)域記錄大腦中的電活動，從而解鎖0.1 Hz以下的大量信息。 這項技術(shù)將在巴塞羅那Graphene Pavilionat移動世界大會（2019年2月25日至28日）上展示，由巴塞羅那微電子研究所（IMB-CNM，CSIC），加泰羅尼亞納米科學(xué)和納米技術(shù)研究所的Graphene旗艦合作伙伴共同開發(fā)（ICN2）。 這項研究剛剛發(fā)表在《Nature Materials》雜志上，描述了這項突破性的技術(shù)將如何增強(qiáng)我們對大腦的理解，并為下一代腦機(jī)接口鋪平道路。

關(guān)于人類大腦的知識體系不斷增長，但許多問題仍未得到解決。 幾十年來，研究人員一直在使用電極陣列來記錄大腦的電活動，繪制不同大腦區(qū)域的活動，以了解一切正常時的情況，以及未發(fā)生時的情況。 然而，到目前為止，這些陣列僅能夠檢測特定頻率閾值以上的活動。 石墨烯旗艦公司開發(fā)的一項新技術(shù)克服了這一技術(shù)限制，解鎖了0.1 Hz以下的大量信息，同時為未來的腦機(jī)接口鋪平了道路。

通過石墨烯觀察皮質(zhì)擴(kuò)散抑制后的腦血流量（圖片來源：ICFO / Ernesto Vidal）

新設(shè)備的開發(fā)得益于三個Graphene旗艦合作伙伴（IMB-CNM，ICN2和ICFO）的合作，并與IDIBAPS的生物醫(yī)學(xué)專家一起進(jìn)行了大腦記錄。 這項新技術(shù)遠(yuǎn)離電極，采用創(chuàng)新的基于晶體管的架構(gòu)，可在將大腦信號傳輸?shù)浇邮掌髦皩ζ溥M(jìn)行原位放大。 使用石墨烯構(gòu)建這種新結(jié)構(gòu)意味著所得到的植入物可以支持比標(biāo)準(zhǔn)電極陣列更多的記錄位置。 它纖細(xì)且足夠靈活，可以在皮質(zhì)的大面積上使用而不會被拒絕或干擾正常的大腦功能。 結(jié)果是前所未有的低頻腦活動映射已知可攜帶關(guān)于不同事件的關(guān)鍵信息，例如癲癇發(fā)作和中風(fēng)的發(fā)作和進(jìn)展。

對于神經(jīng)病學(xué)家來說，這意味著他們終于可以獲得一些我們的大腦只能竊竊私語的線索。 這項突破性的技術(shù)可以改變我們記錄和觀察大腦電活動的方式。 未來的應(yīng)用將為癲癇的發(fā)生和結(jié)束位置和方式提供前所未有的見解，為癲癇的診斷和治療提供新的方法。

“除了癲癇之外，這種精確的映射和與大腦的互動還有其他令人興奮的應(yīng)用，”在Graphene旗艦合作伙伴ICN2工作的研究負(fù)責(zé)人之一JoséAntonioGarrido解釋道。 “與普通標(biāo)準(zhǔn)無源電極相比，我們的基于活性石墨烯的晶體管技術(shù)將推動新型多路復(fù)用策略的實施，這種策略可以顯著增加大腦中記錄位點(diǎn)的數(shù)量，從而引領(lǐng)新一代腦機(jī)接口的發(fā)展“。 利用“多路復(fù)用”，這種支持石墨烯的技術(shù)也可以由一些相同的研究人員進(jìn)行調(diào)整，以恢復(fù)語音和通信。 ICN2通過一項專利保護(hù)了這項技術(shù)，該專利保護(hù)使用基于石墨烯的晶體管來測量低頻神經(jīng)信號。

“這項工作是一個典型的例子，說明靈活的基于石墨烯的晶體管陣列技術(shù)如何提供超越當(dāng)今可實現(xiàn)的能力，并為未經(jīng)探索的神經(jīng)活動頻率提供可能性”， 石墨烯旗艦的醫(yī)學(xué)和傳感器部門的專家Kostas Kostarelos指出。

Graphene旗艦科技官員Andrea C. Ferrari及其管理小組主席補(bǔ)充說，“石墨烯和相關(guān)材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有重大機(jī)遇。石墨烯旗艦公司通過資助專用工作包來認(rèn)可這一點(diǎn)。 研究清楚地表明，石墨烯可以為腦過程的研究帶來前所未有的進(jìn)展?！?/p>

這項新技術(shù)將成為Graphene Pavilion在即將到來的巴塞羅那世界移動通信大會（2019年2月25日至28日）的主要景點(diǎn)之一。 該展覽將展示石墨烯和相關(guān)材料的最新創(chuàng)新成果，這是由歐洲委員會資助的最大的研究計劃之一 – 石墨烯旗艦。 除了健康和醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用外，展館還將安裝新的石墨烯原型，用于移動和數(shù)據(jù)通信，可穿戴設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)。

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