רשת אלקטרודה בהתאמה עם כריות בולטות להקלטות ECoG כרוניות בחזירים

להקשיב למוח בעדינות רבה יותר

רופאים ומהנדסים עובדים על פיתוח "מיקרופונים" טובים יותר למוח כדי לטפל במצבים כמו אפילפסיה, פרליזיס ואובדן ראייה מבלי לגרום נזק. מאמר זה מציג סוג חדש של יריעת חיישן רכה ומתארכת היושבת על פני שטח המוח ומקליטה את הפעילות החשמלית שלו למשך שבועות אצל חזירים. על ידי עיצוב מחדש והפיכת נקודות המגע המהמטיות לדקות יותר, הצוות מראה שניתן לעקוב אחרי העקומות הטבעיות של המוח, להפחית רעש ולהקליט אותות ברורים יותר על פני שטח רחב ולמשך פרקי זמן ארוכים יותר — צעד חשוב לקראת ממשקי מוח–מחשב וכלי מעקב רפואיים בטוחים יותר.

רשת רכה שמתאימה למוח נע

חיישני שטח-מוח מסורתיים הם שטוחים ולרוב נוקשים יחסית, יותר כמו בול דואר מאשר ניילון דק. זו בעיה, כי המוח לא רק רך — הוא גם דופק, זז קלות ומלא בחריצים וגלים. המחברים עיצבו "רשת" של סרט פלסטיק דקיק מאוד המוכלל לצורות קפיציות סרפנטיניות שיכולות למתוח ולהתכופף בעדינות עם המוח. על הרשת יושבות עשרות פדיות מתכתיות בולטות בצורת כריות שמיישמות לחץ על הקרום הדק העוטף את המוח, ומשפרות את המגע מבלי לנקב את הרקמה. סימולציות ממוחשבות הראו כי חיבור מפושט יחיד מתחת לכל כרית מאפשר ליריעה להתכופף ולהתדרדר על מודל מוח קעור עם מאמץ פנימי נמוך בהרבה לעומת עיצובים קודמים ונוקשים יותר.

כיול המגע החשמלי לאותות ברורים יותר

מגע מכני טוב הוא רק חצי מהאתגר; החיבוק החשמלי בין המתכת למוח חשוב גם הוא. מתכת חשופה נוטה להיות בעלת התנגדות חשמלית יחסית גבוהה, מה שמוסיף רעש ומטשטש את שינויים המתח הזעירים שנושאים את המידע העצבי. הצוות ציפה את כריות הזהב בפולימר מוליך הנקרא PEDOT:PSS, חומר דמוי ספוג שהגדיל באופן דרמטי את שטח הפנים האפקטיבי במגע עם הנוזל המלוח סביב המוח. ניסויים במעבדה הראו כי הציפוי הגדיל את קיבולת אחסון המטען של האלקטרודה כמעט בסדרי גודל שלמים וקיצר את ההתנגדות החשמלית בתדירויות המפתח של אותות מוח בערך פי שבע, תוך שמירה על יציבות לאחר אלפי מחזורי מתח ומתיחות חוזרות. גם לאחר 2,500 סבבים של מתיחה בשיעור 10% — יותר ממה שהמוח יחווה — הציפוי פיתח רק סדקים בקנה מידה ננומטרי בקצוות ושמר על ביצועיו כמעט ללא שינוי.

להתכרבל על המוח, להפחית רעש

כדי לבדוק האם העיצוב אכן נדבק טוב יותר, החוקרים השוו את היריעה המתארכת בעלת הכריות ליריעה שטוחה ולא-מתארכת על מודל רך בצורת מוח. המכשיר החדש התכרבל בצורה חלקה סביב העקומות של המודל, בעוד שהיריעה השטוחה התקמטה והרימה בקצוות. כאשר משכו לצד כל יריעה, הגרסה עם הכריות דרשה כוח רב יותר להחליק, מה שהצביע על הדבקה חזקה יותר. במבחן שולחן שחיקה שהדמה אותות עצביים באמצעות פולסים מופעלים באור בג'ל מלוח, האלקטרודות המודיפיקאיות עם הכריות הניבו יחס אות לרעש גבוה בהרבה מאשר מתכת חשופה ואלקטרודות שטוחות מצופות. במילים אחרות, אותו "קוץ" מלאכותי נראה גדול ונקי יותר, בעוד שרשרוש הרקע האקראי הצטמצם — בדיוק מה שנדרש כדי לפענח את פעילות המוח באופן אמין.

הקשבה למוחות חזיר במשך שבועות

המבחן הסופי היה בתוך בעלי חיים חיים. הצוות השתיל את הרשת המתארכת שלהם מעל אזורי המוטוריקה והראייה במוחות של חזרזירים, ואז הגן על המחבר באמצעות תעלה אטומה שעוצבה מחדש ותוקנה על הגולגולת. מיד לאחר הניתוח ובמשך מספר שבועות הקלטו האלקטרודות מקצבים מוחיים רציפים וכן תגובות ברורות לבהבי אור כחול שגירו את עיני החזירים, ויצרו אותות חזותיים עם שיאים ברי-זיהוי. במהלך חמשת השבועות של ההשתלה על פני שטח של כ-22 × 22 מ"מ, היריעה המשיכה ללכוד אותות שימושיים. אף שהתנגדות החשמל בממשק עלתה בהדרגה ויחס אות לרעש ירד במעט לאורך הזמן — ככל הנראה עקב תגובות רקמתיות טבעיות ותנועה — העיצוב המתוחכם עם הכריות המשיך להציג ביצועים טובים יותר מהגרסאות השטוחות הן בעוצמת האות והן באחידות בין הערוצים.

מה משמעות הדבר עבור ממשקי המוח העתידיים

בהקשר פשוט, עבודה זו מראה שגריד רך ומתמתח עם פדיות בולטות יכול "לחבק" את המוח טוב יותר ולהקשיב בצורה ברורה יותר ולזמן ארוך יותר. על ידי שילוב של רשת מכנית גמישה, כריות מגע תלת־ממדיות וציפוי מוליך שנבחר בקפידה, המחברים משיגים הקלטות יציבות ודלות רעש במודל חיה גדול למשך מספר שבועות. אף שהכריות הללו אינן חדות די הצורך כדי לחדור רקמה או ללכוד אותות משכבות עמוקות, הגישה כבר מציעה מסלול מבטיח לחיישני שטח-מוח בטוחים ונוחים יותר. מכשירים כאלה עשויים בעתיד לעזור לאנשים עם אפילפסיה, שיתוק או אובדן חוש על ידי מתן חלון אמין יותר לפעילות המוח תוך מזעור נזק ואי נוחות.

ציטוט: Wang, M., Jiang, H., Ni, C. et al. Conformal bumped electrode web for chronic ECoG recordings in swine. Microsyst Nanoeng 12, 95 (2026). https://doi.org/10.1038/s41378-026-01180-w

מילות מפתח: אלקטרוקרטיקוגרפיה, ממשק מוח–מחשב, אלקטרוניקה גמישה, השתלות עצביות, חיישנים ביוקומפטיביים