Graphene probe gives new insight into brain activity / Sonda al grafene dà una nuova visione dell'attività cerebrale.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Joseph Cotellessa.

(Credit: ICN2)

Researchers at the EU’s Graphene Flagship have developed a graphene-based neural probe that could help our understanding of diseases such as epilepsy.
Based on graphene field-effect transistors, the new device is capable of recording brain activity in high resolution while maintaining a strong signal to noise ratio (SNR). The work, published in the journal 2D Materials, brought together several Graphene Flagship partners from Germany and Spain, including TU Munich, the Spanish National Research Council (CSIC), and the Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2).
“Graphene is one of the few materials that allows recording in a transistor configuration and simultaneously complies with all other requirements for neural probes such as flexibility, biocompability and chemical stability,” said first author Benno Blaschke, from TU Munich.
“Although graphene is ideally suited for flexible electronics, it was a great challenge to transfer our fabrication process from rigid substrates to flexible ones. The next step is to optimise the wafer-scale fabrication process and improve device flexibility and stability.”
The neural probes were used to record the large signals generated by pre-epileptic activity in rats, as well as the smaller levels of brain activity during sleep and in response to visual light stimulation. Neural activity is detected through the highly localised electric fields generated when neurons fire, so densely packed, ultra-small measuring devices are required for accurate brain readings.

(Credit: ICN2)

As the devices are placed directly on the surface of the brain, the researchers had to determine that the graphene-based probes were non-toxic, and did not induce any significant inflammation. According to the team, the work represents a first step towards the use of graphene in research as well as clinical neural devices, showing that graphene-based technologies can deliver the high resolution and high SNR needed for these applications.
“Graphene neural interfaces have shown already great potential, but we have to improve on the yield and homogeneity of the device production in order to advance towards a real technology,” said research lead Jose Antonio Garrido, from ICN2.
“Once we have demonstrated the proof of concept in animal studies, the next goal will be to work towards the first human clinical trial with graphene devices during intraoperative mapping of the brain.”

ITALIANO

I ricercatori al Flagship Grafene dell'UE hanno sviluppato una sonda neurale basata sul grafene che potrebbe aiutare la nostra comprensione di malattie come l'epilessia.
Sulla base di transistori ad effetto di campo il grafene, il nuovo dispositivo, è in grado di registrare l'attività cerebrale in alta risoluzione pur mantenendo un forte rapporto segnale rumore (SNR). Il lavoro, pubblicato sulla rivista 2D Materials, ha riunito diversi partner specialisti nelle applicazioni del grafene al Flagship da Germania e Spagna, tra cui TU Monaco di Baviera, il Consiglio Nazionale delle Ricerche spagnolo (CSIC), e l'Istituto catalana di Nanoscienze e Nanotecnologie (ICN2).
“Il grafene è uno dei pochi materiali che permette la registrazione in una configurazione basata sul transistor e contemporaneamente è conforme a tutti gli altri requisiti per sonde neurali come flessibilità, biocompatibilità e stabilità chimica”, ha detto primo autore Benno Blaschke, da TU Monaco.
“Anche se il grafene è particolarmente adatto per l'elettronica flessibile, è stata una grande sfida il trasferire il nostro processo di fabbricazione da supporti rigidi a quelli flessibili. Il passo successivo è quello di ottimizzare il processo di fabbricazione di wafer scala e migliorare la flessibilità del dispositivo e la sua stabilità.”
Le sonde neurali sono state usate per registrare i grandi segnali generati dall'attività pre-epilettica nel ratto, nonché i livelli minori di attività cerebrale durante il sonno e in risposta alla stimolazione alla luce visibile. L'attività neurale viene rilevata attraverso i campi elettrici altamente localizzati generati quando i neuroni sono fortrmene attivi; in questo caso sono necessari dispositivi di misura ultra-piccoli in ​​modo densamente distribuiti  per letture cerebrali accurate.
Poiché i dispositivi sono posizionati direttamente sulla superficie del cervello, i ricercatori hanno dovuto stabilire che le sonde basate su grafene siano non tossiche, e non ha indotto alcun notevole infiammazione. Secondo il gruppo, il lavoro rappresenta un primo passo verso l'uso del grafene nella ricerca come dispositivi neurali clinici, mostrano che le tecnologie basate su grafene siano in grado di fornire l'alta risoluzione e l'alta SNR necessari per queste applicazioni.
“Interfacce neurali al grafene hanno dimostrato già grande potenziale, ma dobbiamo migliorare il rendimento e l'omogeneità della produzione del dispositivo per avanzare verso una reale tecnologia”, ha affermato il responsabile della ricerca Jose Antonio Garrido, da ICN2.
“Una volta che abbiamo dimostrato la prova concettuale in studi su animali, il prossimo obiettivo sarà quello di lavorare per il primo studio clinico umano con i dispositivi di grafene durante la mappatura intraoperatoria del cervello.”

Da:

https://www.theengineer.co.uk/graphene-probe-gives-new-insight-into-brain-activity/?cmpid=tenews_3243814