Tratando de escuchar la señal de las neuronas

Crédito: Dominio público

Profesor asociado Takeshi Kawano, Departamento de Ingeniería de Información Eléctrica y Electrónica, Universidad Tecnológica de Toyohashi (TUT) y el equipo de investigación del Instituto de Investigación Interdisciplinario Inspirado en la Electrónica (EIIRIS) han desarrollado un electrodo de aguja inspirado en un cable coaxial con un diámetro de menos de 10 m, utilizando el crecimiento de cristales de material semiconductor de silicio. El electrodo de aguja coaxial a microescala tiene dos electrodos en la aguja, lo que permite realizar registros diferenciales a distancias muy cercanas, una tarea que anteriormente había sido difícil con los dispositivos de electrodos convencionales. Además, el electrodo a microescala reduce el daño tisular en comparación con los electrodos convencionales. Estas ventajas del electrodo coaxial permiten un registro de señales neuronales de alta calidad que no se podría realizar con técnicas convencionales, y se espera que el electrodo de aguja coaxial se pueda utilizar como una nueva forma de electrofisiología en el campo de la neurociencia.

Las señales neuronales se pueden detectar penetrando un electrodo fino en el tejido cerebral. Son una tecnología muy importante para el registro electrofisiológico en el tejido cerebral, y aprovechando la alta resolución espacial es posible obtener información detallada sobre la actividad neuronal. Por ejemplo, en la tecnología de interfaz cerebro-máquina (BMI, por sus siglas en inglés), una técnica que permite a un paciente mover su brazo o pierna protésica usando señales de su cerebro, la tecnología utilizada para implantar los electrodos en el cerebro del paciente y registrar las señales neuronales con alta resolución espacial es muy importante. También es importante mantener una alta relación señal/ruido al grabar las señales. Las señales eléctricas de las neuronas son extremadamente pequeñas, del orden de decenas de V (1/100.000 de 1 V), y la calidad de la señal se deteriora debido al ruido que se propaga en el espacio tisular. Esto significa que los dispositivos de electrodos deben tener una alta resolución espacial y ser altamente resistentes al ruido. Además, se requiere una geometría de electrodo de 10 m o menos para evitar daños en el tejido cerebral.

Para resolver estos desafíos relacionados con los electrodos, el equipo de investigación utilizó el método vapor-líquido-sólido (VLS ) método de crecimiento, una tecnología de crecimiento de silicio para desarrollar un dispositivo de electrodos en forma de aguja que tiene dos electrodos colocados muy cerca en la aguja de < 10 m de diámetro, algo que nunca antes se había logrado. El equipo utilizó un dispositivo de electrodos fabricado de esta manera para realizar un registro local-diferencial de la actividad neuronal con los dos electrodos separados por 6 m. Como resultado, el equipo logró la adquisición de señales neuronales de alta calidad con una alta relación señal-ruido por primera vez en el mundo.

Registro diferencial local de actividades neuronales (arriba) Electrodo de aguja coaxial fabricado ( abajo) Crédito: Universidad Tecnológica de Toyohashi.

Shinnosuke Idogawa, un Ph.D. estudiante de TUT y autor principal, comentó: «Para lograr el registro diferencial local propuesto, propusimos un electrodo de microaguja inspirado en un cable coaxial. Este electrodo coaxial permite reducir drásticamente el espacio entre electrodos a 6 m en comparación con, por ejemplo, alrededor de 200 m de distancia entre electrodos donde los electrodos de aguja convencionales están colocados uno al lado del otro. Además, al realizar un registro diferencial local con estos dos electrodos, pudimos reducir el ruido durante el registro. Además, debido al pequeño electrodo de aguja con el diámetro de menos de 10 m, podemos reducir el daño tisular en comparación con los electrodos convencionales con diámetros de 50 m o más. En consecuencia, hemos desarrollado un dispositivo de electrodos que puede registrar señales neuronales con alta calidad y baja invasividad.

El equipo de investigación cree que será necesario verificar si el electrodo coaxial propuesto puede proporcionar registros estables durante un largo período de tiempo y evaluar daño al tejido. A través de este trabajo, el equipo de investigación tiene como objetivo realizar una adquisición de señales neuronales de alta calidad que nunca antes se había logrado, y espera que la tecnología del dispositivo de electrodos se utilice no solo para la investigación básica en neurociencia sino también para aplicaciones médicas, incluida la tecnología BMI. y tratamientos de diversas enfermedades cerebrales.

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¿Puede el cerebro sentirlo? Los electrodos de aguja extracelulares más pequeños del mundo. Más información: Shinnosuke Idogawa et al, Electrodo de microaguja coaxial para grabaciones multicanal y diferenciales locales de actividad neuronal, Sensors and Actuators B: Chemical (2020). DOI: 10.1016/j.snb.2020.128442 Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Toyohashi Cita: Tratando de escuchar la señal de las neuronas (29 de julio de 2020) consultado el 31 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com /noticias/2020-07-neurons.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.