Разработката е дело на изследователски екип, ръководен от Джан Уей от Института по физика и химия към Китайската академия на науките, в сътрудничество с Пекинската болница „Тиентан“, Шанхайския институт по микросистеми и информационни технологии и компанията NeuroXess, специализирана в технологии за мозъчно-компютърен интерфейс.
Мозъчно-компютърните интрефейси са бързо развиваща се област, която съчетава невронауката и изкуствения интелект, но едно от основните предизвикателства е осигуряването на дългосрочна съвместимост между електродите и мозъчната тъкан. Предишни клинични изпитвания показват, че имунната реакция към имплантираните електроди може да доведе до тяхното отдалечаване от нервната тъкан само няколко месеца след имплантирането, което значително влошава качеството на сигналите и намалява броя на работещите канали.
Проблемът е свързан с хроничното възпаление, предизвикано от имплантите. В резултат около електродите се образува съединителна тъкан, която изолира импланта и го отделя от невроните. При продължително имплантиране електродите могат също да се свържат трайно с мозъчната тъкан, което прави отстраняването им рисково и може да доведе до увреждане на мозъка при последваща операция.
Експериментите показват, че гъвкавите невронни електроди, покрити с новия материал, могат да функционират стабилно в мозъка в продължение на повече от 300 дни и след това да бъдат отстранени безопасно, без да причиняват значителни увреждания. Това означава, че универсалното покритие може не само да осигури дългосрочна стабилна работа на електродите, но и да позволи тяхното безопасно отстраняване и замяна след износване, което създава предпоставки за по-продължително използване на системи за мозъчно-компютърен интерфейс.
Катийонното редуващо се пептидно покритие, което е разработил китайският екип, запазва гъвкавостта и електропроводимостта на електродите, като същевременно им придава антибактериални свойства, ограничава натрупването на протеини и потиска имунната реакция.
Резултатите от 300-дневно изследване върху животни показват ефективността на покритието. При непокритите електроди способността за запис на мозъчната активност рязко намалява след 90 дни имплантиране, а след 300 дни те почти не успяват да регистрират невронни сигнали. За разлика от тях, покритите електроди запазват стабилен брой работещи канали и постоянно регистрират невронни сигнали с амплитуда над 155 микроволта.
При стимулирането на нервната система разликата е още по-значителна. След 300 дни имплантиране конвенционалните електроди се нуждаели от ток от 100 микроампера, за да предизвикат слаби движения на крайниците, докато покритите електроди постигали отчетливи движения само с 2 микроампера. Това представлява 50-кратно повишаване на ефективността на невронната стимулация.
Особено важни са резултатите от тестовете за отстраняване на електродите, които показват, че новото покритие предотвратява трайното им свързване с мозъчната тъкан. При експериментите покритите електроди са били извадени в цялостен вид, като са причинили минимално увреждане на тъканите около тях.
