Actualitat

Notícies

Dijous, 3 de de gener de 2019

Un empelt de grafè supera les barreres tècniques per detectar activitat cerebral a freqüències extremadament baixes

El coneixement que tenim sobre el cervell humà creix de manera exponencial. Tot i això, queden grans i petites preguntes pendents de resposta. La comunitat investigadora ha emprat durant dècades guies d’elèctrodes per detectar l’activitat elèctrica al cervell, mapejant l’activitat de diferents regions del cervell per conèixer-ne les seves senyals quan tot funciona correctament així com quan alguna cosa està fallant.

A pesar d’això, fins ara aquests elèctrodes només han pogut detectar l’activitat per sobre de cert llindar de freqüència. Una nova tecnologia desenvolupada a Barcelona supera aquesta limitació tècnica, fent accessible el gran volum d’informació que es troba sota els 0,1 Hz, al mateix temps que facilita el disseny de futures interfícies cervell-ordenador.

Desenvolupada a l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM, CSIC), l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2, un centre de BIST i CSIC) i el CIBER de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN), i adaptat per a poder emprar-se al cervell per l’Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS), aquesta tecnologia deixa enrere els elèctrodes clàssics i fa servir una innovadora arquitectura basada en transistors que amplifica les senyals del cervell in situ abans de transmetre-les al receptor.

A més, l’ús de grafè en la fabricació d’aquesta nova arquitectura significa que l’empelt resultant pot incorporar molts més punts de detecció que una guia d’elèctrodes estàndard, al mateix temps que és prou fina i flexible com per aplicar-la sobre grans àrees del còrtex sense produir rebuig o interferir en el funcionament normal del cervell. El resultat és un mapejat sense precedents de l’activitat cerebral de baixa freqüència on es troba informació crucial sobre diferents esdeveniments que tenen lloc al cervell, com ara l’inici i progressió d’un atac epilèptic.

Per als neuròlegs això significa tenir per fi accés a les senyals més subtils del cervell. El Prof. Matthew Walker, de la University College London i un especialista mundial en epilèpsia clínica, ha afirmat que aquesta trencadora tecnologia té el potencial de canviar la forma en la que es mesura i visualitza l’activitat elèctrica del cervell. Les seves aplicacions futures oferiran una comprensió sense precedents sobre on i com comencen i acaben els atacs, possibilitant noves aproximacions al diagnòstic i tractament de l’epilèpsia.

Més enllà de l’epilèpsia, el precís mapejat i la interacció amb el cervell té altres aplicacions interessants. Gràcies a la capacitat de crear una matriu amb un gran número de punts de detecció mitjançant l’anomenada estratègia de multiplexat, alguns dels autors del present treball estan adaptant la tecnologia per a restablir la capacitat de parlar i comunicar-se en el marc del projecte europeu BrainCom. Coordinat des de l’ICN2, aquest projecte aportarà una nova generació d’interfícies cervell-ordinador capaces d’explorar i reparar funcions cognitives complexes, amb un especial interès per les pèrdues de la parla causades per lesions cerebrals o de medul·la espinal (afàsia).

Els detalls dels avenços tecnològics (pendents de patent) que han fet possibles aquests empelts poden trobar-se a Nature Materials, amb Eduard Masvidal Codina de l’IMB-CNM, CSIC como a primer autor. L’aportació d’aquest institut va ser encapçalada pel Dr. Anton Guimerà Brunet, mentre que el Prof. ICREA Jose A Garrido va dirigir els esforços de l’ICN2. Els microtransistors de grafè es van adaptar per a la lectura de senyals cerebrals i es van testar in vivo a l’IDIBAPS, sota la supervisió de la Prof. ICREA Mavi Sánchez-Vives. Una tècnica d’imatge es va desenvolupar en col·laboració amb l’ICFO, una aportació encapçalada pel Prof. ICREA Turgut Durduran (ICFO és un centre de BIST). El treball conjunt que ha fet tot això possible ha estat cofinançat pel Graphene Flagship i el projecte BrainCom.

Referència de l’article:

Eduard Masvidal-Codina, Xavi Illa, Miguel Dasilva, Andrea Bonaccini Calia, Tanja Dragojević, Ernesto E. Vidal-Rosas, Elisabet Prats-Alfonso, Javier Martínez-Aguilar, Jose M. De la Cruz, Ramon Garcia-Cortadella, Philippe Godignon, Gemma Rius, Alessandra Camassa, Elena Del Corro, Jessica Bousquet, Clement Hébert, Turgut Durduran, Rosa Villa, Maria V. Sanchez-Vives, Jose A. Garrido & Anton Guimerà-Brunet. High-resolution mapping of infraslow cortical brain activity enabled by graphene microtransistors. Nature Materials (2018). Published: 31 December 2018.

https://www.nature.com/articles/s41563-018-0249-4

Jed A. Hartings. How slow can you go? Nature Materials (2018). Published: 31 December 2018.

https://www.nature.com/articles/s41563-018-0272-5