برقراری ارتباط با سیستم عصبی توسط نانوالیاف کربنی

اندام‌های مصنوعی عصبی که به بافت صدمه‌دیده اضافه می‌شوند، باید توانایی دو عمل مهم را داشته باشند: تحریک سیستم عصبی و ثبت فعالیت آن. به همین دلیل مهندسان باید درک کاملی از سازوکارهای بنیادی انتقال پیام‌های سلولی از طریق انتقالات سیناپسی سیستم‌های عصبی و پس از آن توسعه فناوری‌هایی برای تکرار آنها با ابزارهای مصنوعی داشته باشند

مهندسی عصبی یک زمینه بین‌‌رشته‌ای است که بر پایه مهارت‌های علوم تجربی و
محاسبات عصبی، عصب‌شناسی بالینی، پردازش سیگنال‌های بافتهای عصبی زنده،
مهندسی کامپیوتر، مهندسی بافت عصبی، علم مواد و فناوری نانو استوار است.

اندام‌های مصنوعی عصبی که به بافت صدمه‌دیده اضافه می‌شوند، باید توانایی
دو عمل مهم را داشته باشند: تحریک سیستم عصبی و ثبت فعالیت آن.

به همین دلیل مهندسان باید درک کاملی از سازوکارهای بنیادی انتقال پیام‌های
سلولی از طریق انتقالات سیناپسی سیستم‌های عصبی و پس از آن توسعه فناوری‌هایی
برای تکرار آنها با ابزارهای مصنوعی داشته باشند.

درک دانشمندان از پردازش شبکه عصبی به‌وسیله آرایه میکروالکترودی(MEA) که
توانایی ثبت همزمان فعالیت چندین سلول عصبی را دارند، آسان شده‌است.

دکترBarclay Morrison گفت: “ما نوع جدیدی از MEAها را معرفی کردیم که جنس
آنها از فلز نیست؛ بلکه از نانوالیاف کربنی‌ای تشکیل شده‌ که به‌طور عمودی
ردیف شده‌اند. بر عکسِ آرایه‌های مسطح مرسوم، نانوالیاف کربنی یک ساختار
غیر مسطح جدید با نسبت طول به عرض بالا را تشکیل می‌دهند که فرصت‌های بی‌نظیری
برای بررسی پدیده‌های درون سلولی و بین سلولی فراهم می‌کنند. علاوه براین،
این آرایه‌ها هم می‌توانند به‌عنوان فصل مشترک سلول‌های بافت سالم به کار
روند و هم توانایی تحریک و ثبت پتانسیل‌های کنشی را دارند.

برای ثبت فعالیت‎های الکتریکی، یک تکه از بافت زنده هیپوکامپال بر روی
ردیفی از نانوالیاف کربنی گذاشته شده و به الکترودها اجازه نفوذ به بافت
داده شد، سپس پاسخ‌های رسیده از محرک استفاده‌شده برای الکترودها را ثبت
کردند. در زمینه مهندسی عصبی، الکترودهای کربنی چندین مزیت نسبت به
الکترودهای دیگر دارند.

هدفی که این پژوهش در درازمدت دنبال می‎کند، نشان‌ دهنده توانایی اندازه‎گیری
سیگنال‌های الکتروفیزیولوژیکی و تمرکز انتقال‌دهنده‎های عصبی با استفاده از
میکروالکترودهای جدید است. Morrison امیدوار است که این توانایی در نهایت
به بهبود پروتزهای عصبی بینجامد و به شکلی فعالیت، سلامت و سازگاری مناسبی
را با بافت مورد نظر برقرار کند.

آرایه‎های میکروالکترودهای حسی می‎توانند درک پایه‎ای دینامیک شبکه عصبی،
نحوه برقراری ارتباط سلول‌های عصبی با یکدیگر، خواص مختلفی از این شبکه
عصبی و نحوه عملکرد مغز را برای ما افزایش دهد.

از این توانایی حسگرهای دوجانبه در پروتزهای عصبی هم می‎توان استفاده کرد.
اگر چه الکترودهای مبتنی بر کربن ممکن است به‌منظور تخصصی عمل کردن برای
برخی نمونه‎هایی که به‌راحتی اکسید می‎شوند، با آنزیم‌ها عا‌م‌لدار شوند؛
امّا فرایند عامل‌دار کردن الکترودها برای نمونه‎هایی که ه‌بسختی اکسید
می‎شوند،یک مشکل حل‌نشده است.