La tecnologia di registrazione neurale si rivela promettente per le interfacce cervello-macchina / Neural recording technology shows promise for brain-machine interfaces

La tecnologia di registrazione neurale si rivela promettente per le interfacce cervello-macchina / Neural recording technology shows promise for brain-machine interfaces

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

Topo che vive con il diabete  /  Mouse living with diabetes -

I ricercatori in Giappone hanno dimostrato una tecnologia di registrazione neurale poco invasiva per il tessuto cerebrale dei topi diabetici, un progresso con implicazioni positive per le future interfacce cervello-macchina.

Il gruppo dell'Institute for Research on Next-generation Semiconductor and Sensing Science (IRES²) presso la Toyohashi University of Technology, il National Institute of Technology, l'Ibaraki College e la TechnoPro R&D Company ha raggiunto la sua svolta con un elettrodo ad ago con un diametro di 4 µm. I loro risultati sono descritti in dettaglio nella rivista Biosensors and Bioelectronics.

I ricercatori hanno affermato che la registrazione dell'attività neuronale nel tessuto cerebrale diabetico è particolarmente complessa a causa di varie complicazioni, tra cui lo sviluppo di malattie cerebrovascolari. Grazie al significativo vantaggio dell'elettrodo ad ago miniaturizzato rispetto alle tecnologie convenzionali, l'elettrodo ad ago ha ridotto al minimo il danno tissutale e ha consentito una registrazione stabile per un mese.

"La nostra sfida era sviluppare una tecnica per registrare l'attività neuronale in un modello murino di diabete. La nostra tecnica ha registrato con successo l'attività neuronale nei topi diabetici, riducendo al minimo le risposte tissutali. Questi risultati suggeriscono che il nostro elettrodo può essere applicato a vari tessuti cerebrali danneggiati, non solo in caso di diabete, ma anche di altre patologie", hanno affermato i primi autori dell'articolo, lo studente magistrale Rioki Sanda e il dottorando Koji Yamashita.

È noto che il diabete può causare diverse complicazioni, tra cui lo sviluppo di malattie cerebrovascolari, strettamente correlate al morbo di Alzheimer. Nello studio delle patologie cerebrali, l'analisi quantitativa attraverso la registrazione delle attività neuronali con microelettrodi ha un grande potenziale, ma si prevede che la registrazione su cervelli diabetici sarà più complessa a causa delle complicazioni associate alla penetrazione degli elettrodi.

In una dichiarazione, il professor Takeshi Kawano, responsabile della ricerca, ha affermato: "Il diabete è una malattia complessa che può causare diverse complicazioni, in particolare disturbi vascolari. Questi disturbi possono portare alla cancrena degli arti, rendendone necessaria l'amputazione.

"La tecnologia dell'interfaccia cervello-macchina [BMI] è estremamente promettente nell'assistenza ai pazienti che hanno perso gli arti, consentendo loro di controllare gli arti artificiali attraverso segnali cerebrali. Tuttavia, la penetrazione degli elettrodi convenzionali nei tessuti cerebrali diabetici induce danni, rendendo l'applicazione della tecnologia BMI in questi pazienti considerevolmente più rischiosa rispetto ad altri. Riconoscendo questa esigenza cruciale, abbiamo avviato un progetto per sviluppare una tecnica di registrazione poco invasiva specifica per i pazienti affetti da disturbi vascolari correlati al diabete."

Il gruppo punta ad estendere la portata della tecnologia ad altri modelli animali, tra cui ratti e scimmie, per accelerare lo sviluppo di BMI di nuova generazione con maggiore efficacia e più ampia applicabilità.

ENGLISH

Researchers in Japan have demonstrated low-invasive neural recording technology for the brain tissue of diabetic mice, an advance with positive implications for future brain-machine interfaces.

The team from the Institute for Research on Next-generation Semiconductor and Sensing Science (IRES²) at the Toyohashi University of Technology, National Institute of Technology, Ibaraki College, and TechnoPro R&D Company made their breakthrough with a needle-electrode with a diameter of 4µm. Their findings are detailed in Biosensors and Bioelectronics.

The researchers said that recording neuronal activity within diabetic brain tissue is particularly challenging due to various complications, including the development of cerebrovascular disease. Because of the significant advantage of the miniaturised needle-electrode compared to conventional technologies, the needle electrode minimised tissue injury and enabled stable recording for a month.

“Our challenge was to develop a technique to record neuronal activities from a mouse model of diabetes. Our technique successfully recorded neuronal activity in diabetic mice while minimising tissue responses. These findings suggest that our electrode can be applied to various damaged brain tissues, not only diabetes but also other diseases,” said first authors of the article, masters student Rioki Sanda and PhD Koji Yamashita.

Diabetes is known to cause various complications, including the development of cerebrovascular disease, which is closely linked to Alzheimer’s disease. In the study of brain diseases, quantitative analysis through recording of neuronal activities with microelectrodes holds great potential, but recording from diabetic brains is expected to be more challenging due to the complications associated with electrode penetration.

In a statement, research lead Professor Takeshi Kawano said: “Diabetes is a complex disease known to cause various complications, particularly vascular disorders. These disorders can lead to gangrene in the limbs, ultimately necessitating amputation.

“Brain-machine interface [BMI] technology holds immense promise in assisting patients who have lost limbs, enabling them to control artificial limbs through brain signals. However, the penetration of conventional electrodes into diabetic brain tissues induces damage, making the application of BMI technology in these patients considerably riskier than others. Recognising this crucial need, we launched a project to develop a low-invasive recording technique specifically for patients suffering from diabetes-related vascular disorders.”

The team aims to expand the technology’s reach to other animal models, including rats and monkeys, to accelerate the development of next-generation BMIs with greater efficacy and wider applicability.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/neural-recording-technology-shows-promise-for-brain-machine-interfaces?