3D-ప్రింట్ చేసిన మెదడు సెన్సర్లు వ్యక్తిగత నరాల పర్యవేక్షణకు అనుగుణంగా రూపొందించాలనే లక్ష్యం

మెదడుకు మరింత అనుకూలమైన ఇంటర్‌ఫేస్

Penn State నేతృత్వంలోని పరిశోధకులు, మెదడు ఉపరితల సెన్సర్ల కోసం మరింత వ్యక్తిగతీకరించిన విధానాన్ని నివేదించారు. ఇచ్చిన మూల పాఠ్యం ప్రకారం, బృందం మృదువైన bioelectrodes‌ను అభివృద్ధి చేసింది; వాటిని 3D print చేయవచ్చు, లాగవచ్చు, మరియు ఆకారాన్ని మార్చవచ్చు, తద్వారా అవి రోగి మెదడు భౌగోళికానికి సరిపోతాయి, బదులుగా మెదడును ప్రామాణిక పరికరం ఆకారానికి సరిపోల్చాల్సిన అవసరం లేకుండా.

ఈ పని నరాల ఇంటర్‌ఫేస్‌లలో స్థిరంగా ఉండే ఒక సమస్యను పరిష్కరిస్తోంది. సంప్రదాయ bioelectrodes తరచుగా సాపేక్షంగా గట్టి పదార్థాలతో తయారు చేయబడతాయి మరియు ఒకే-పరిమాణం అందరికీ అనే ఫార్మాట్లలో ఉంటాయి. అది మెదడు యొక్క మడతలతో కూడిన ఉపరితలానికి సరైన సరిపోలిక కాకపోవచ్చు, అక్కడ ridges మరియు grooves లోని చిన్న తేడాలు వ్యక్తి నుండి వ్యక్తికి గణనీయంగా మారుతాయి.

దీంతో నిజమైన వైద్య ప్రభావాలు కలిగిన డిజైన్ సవాల్ ఏర్పడుతుంది. ఒక sensor కణజాలంపై సన్నిహితంగా, స్థిరంగా లేకపోతే, నమోదు అయ్యే signalల నాణ్యత తగ్గవచ్చు. దీర్ఘకాలంలో, చెడు fit న్యూరోలాజికల్ వ్యాధుల కోసం మరింత ప్రభావవంతమైన monitoring లేదా stimulation systems నిర్మాణాన్ని కూడా సంక్లిష్టం చేయవచ్చు.

మెదడుకు fit చేయడం ఎందుకు కష్టం

మానవ మెదడు యొక్క outer cortical sheet, gyri మరియు sulciలుగా మడుచుకుని, సాంద్రమైన కానీ అత్యంత అసమానమైన ఉపరితలాన్ని తయారు చేస్తుంది. మూల పాఠ్యం చెబుతున్నట్లుగా, పెద్ద folds ప్రజలందరిలో సాధారణంగా సమానంగా ఉన్నప్పటికీ, వాటి ఖచ్చితమైన అమరిక వ్యక్తి నుండి వ్యక్తికి గణనీయంగా మారుతుంది. అంటే ఒక standard device ఆకారం ఒక రోగిపై బాగా సరిపోతే, మరొకరిపై చెడుగా ఉండవచ్చు.

దీనిని ఎదుర్కోవడానికి, పరిశోధనా బృందం 21 మానవ రోగుల MRI-ఆధారిత డేటాను ఉపయోగించి వివరమైన మెదడు నిర్మాణాలను simulate చేసింది. తరువాత ఆ నిర్మాణాల కోసం ప్రత్యేకంగా electrodes‌ను రూపొందించి, పరీక్ష కోసం 3D-printed electrodes మరియు physical brain models రెండింటినీ తయారుచేశారు.

ఈ workflow ప్రత్యేకంగా కనిపించడానికి కారణం, personalization‌ను manufacturing ప్రక్రియలో భాగం చేయడమే. ముందే తయారైన పరిమిత implant ఆకారాల మధ్య నుంచి ఎంపిక చేసుకోవడం బదులు, పరిశోధకులు anatomy నుంచే మొదలుపెట్టి, పరికరాన్ని దాని చుట్టూ fabricates చేయవచ్చు.

హనీకాం డిజైన్ మరియు అది పరిష్కరించేది

candidate text మృదువైన electrodes‌లో honeycomb-ప్రేరిత architecture‌ను హైలైట్ చేస్తుంది. ఆ డిజైన్ stretchability మరియు structural strength రెండింటినీ నిలుపుకోవడం లక్ష్యంగా, పరికరం ఉపరితలానికి సరిపోతూనే electrical మరియు physiological signalలకు స్పందించేలా ఉంచుతుంది.

ఆ కలయిక ముఖ్యమైనది. bioelectronicsలో మృదువైన పరికరాలు తరచుగా ఒక trade-off‌ను ఎదుర్కొంటాయి: వాటిని జీవ కణజాలానికి సరిపోయేంత flexible‌గా చేస్తే, అవి robustness కోల్పోవచ్చు; లేదా వాటిని బలంగా చేస్తే, అవి అవయవానికి మంచి mechanical matchలా ప్రవర్తించవు. Penn State నేతృత్వంలోని పని ఆ trade-off‌ను నేరుగా లక్ష్యంగా చేసుకుంటోంది.

పరిశోధకులు Advanced Materialsలో printed electrodes rat tests‌లో biologically compatibleగా మరియు ప్రభావవంతంగా ఉండి, సంప్రదాయ డిజైన్ల కంటే మెదడు నిర్మాణానికి మెరుగ్గా సరిపోయాయని నివేదించారు. ఇచ్చిన సమాచారాన్ని బట్టి, ఇదే ప్రధాన సాంకేతిక దావా: కార్యాచరణను కోల్పోకుండా మెరుగైన fit.

ఇది ఎటు దారి తీస్తుంది

తక్షణ వాగ్దానం మెరుగైన నరాల పర్యవేక్షణ. ఎలక్ట్రోడ్లు రోగి cortical anatomyకి మరింత సమీపంగా సరిపోతే, వైద్యులు మరియు పరిశోధకులు స్పష్టమైన signalలను పొందగలరు, మరియు కాలక్రమంలో మరింత స్థిరమైన interfaces‌ను నిర్వహించగలరు. ఇది neurodegenerative disease‌ను ట్రాక్ చేయడానికి, మెదడు కార్యకలాపాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి, మరియు తదుపరి తరం neurotechnology‌ను నిర్మించడానికి సంబంధించింది.

మూల పాఠ్యం ఈ పనిని ప్రత్యేకంగా neurodegenerative disease monitoring మరియు treatment చుట్టూ ఉంచుతోంది. ప్రయోగశాల అధ్యయనం నుంచి క్లినికల్ వినియోగం వరకు దారి ఇంకా పొడవైనదైనా, డిజైన్ లాజిక్ బలంగా ఉంది. personalization orthopedics మరియు oncology వంటి రంగాలను మార్చింది. నరాల ఇంటర్‌ఫేస్‌లు కూడా ప్రజల సగటు ఆధారంగా కాకుండా రోగి anatomy ఆధారంగా పరికర ఆకారాన్ని నిర్ణయించే అటువంటి నమూనా వైపు కదులుతున్నాయి.

తయారీ కోణం కూడా ఉంది. 3D printing వైద్య పరికరాల అభివృద్ధిలో ఆకర్షణీయంగా మారుతోంది, ఎందుకంటే ప్రతి variation కోసం పూర్తిగా కొత్త tooling అవసరం లేకుండా సంక్లిష్ట జ్యామితులను నిర్వహించగలదు. మెదడు-ఉపరితల పరికరాలు ఈ లవచికత ఎంతో విలువైనది అయ్యే ఉత్పత్తి వర్గానికి సరైన ఉదాహరణ.

విస్తృత ప్రాధాన్యం

ఈ అధ్యయనం materials science, biomedical engineering, మరియు precision medicine మధ్య కలయికలో నిలుస్తుంది. ఇది గట్టి implants నుండి, శరీరం లోపల mechanical mismatch‌ను తగ్గించేందుకు రూపొందించిన మృదువైన, కణజాలానికి సరిపోయే వ్యవస్థల వైపు వెళుతున్న విస్తృత మార్పును ప్రతిబింబిస్తుంది.

నాడీ వ్యవస్థలో ఈ ధోరణి మరింత ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే fit మరియు signal fidelityలో చిన్న మెరుగుదలలు కూడా ఒక పరికరం నిజంగా ఏమి కొలవగలదో అనే అంశంపై పెద్ద ప్రభావం చూపగలవు. ఒక interface anatomy‌ను ఎంత మెరుగ్గా గౌరవిస్తే, monitoring systems అంత మరింత ఖచ్చితంగా మరియు తక్కువ అంతరాయం కలిగించేలా ఉండగలవు.

ఇచ్చిన మూలం ఈ electrodes సాధారణ మానవ వినియోగానికి సిద్ధంగా ఉన్నాయని చెప్పడం లేదు, అలా అర్థం చేసుకోవద్దు. కానీ ఇది చూపించేది patient-specific neural hardware వైపు ఒక విశ్వసనీయ అడుగు: MRI-ఆధారిత డిజైన్, 3D-printed మృదువైన electrodes, మెదడు నిర్మాణానికి మెరుగైన సరిపోలిక, మరియు ప్రోత్సాహకరమైన అనుకూలత ఫలితాలు.

సాధారణ brain interfaces నుంచి ఖచ్చితమైన వాటికి మారాలని చూస్తున్న రంగానికి ఇది ఒక meaningful development. ప్రధాన ఆలోచన సులభం మరియు శక్తివంతం: ప్రతి మెదడు కొంచెం వేరేలా ఉంటే, పరికరం కూడా వేరేగా ఉండాలి.

ఈ వ్యాసం Medical Xpress రిపోర్టింగ్‌పై ఆధారపడింది. మూల వ్యాసం చదవండి.