Компоновка и изготовление гибридных матриц. Источник: Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-73790-x

Нейронные интерфейсы — это устройства, которые могут обнаруживать или модулировать активность нейронов при контакте с мозгом. Они уже используются для лечения различных заболеваний нервной системы. Однако у современных технологий все же есть ограничения, которые могут снижать их эффективность. Например, они работают только в одном направлении. Большинство существующих интерфейсов могут стимулировать мозг, но не могут одновременно точно обнаруживать или расшифровывать его активность. Даже если это возможно, они часто сталкиваются с ограничениями при обнаружении определенных сигналов, особенно на очень низких частотах.

В исследовании, проведенном учеными из IMB-CNM-CSIC и ICN2, результаты которого недавно опубликованы в Nature Communications, представлено устройство, способное преодолеть эти препятствия. Оно уже успешно протестировано на мышах.

В исследовании представлен нейроинтерфейс на основе графена. Графен — это гибкий наноматериал и отличный проводник электричества. Устройство было разработано для решения задачи интеграции двух взаимодополняющих графеновых технологий в единую платформу. Это позволяет устройству одновременно записывать и декодировать нейронные сигналы, интерпретировать эту информацию и в ответ на нее модулировать активность мозга. Такая двунаправленная возможность может открыть путь к новым методам лечения неврологических расстройств в режиме реального времени с учетом индивидуальных особенностей пациента.

Интеграция двух ключевых элементов

Как сказал проф. Хосе А. Гарридо, один из ведущих авторов исследования, объясняет: "Большинство клинических имплантатов, используемых при таких состояниях, как болезнь Паркинсона или эпилепсия, в настоящее время однонаправлены. Они основаны на электродах, которые работают с фиксированными параметрами и не адаптируются к динамическим изменениям мозговой активности. Это приводит к тому, что методы лечения не очень специфичны и не могут адаптироваться ".

Новое устройство решает эту проблему, сочетая в себе две технологии на основе графена. Во-первых, оно оснащено монослойными графеновыми транзисторами (gFET), которые могут регистрировать активность мозга, чувствительную к сверхнизким частотам. Кроме того, в устройстве используются микроэлектроды из нанопористого восстановленного оксида графена (rGO), производного графена, которые могут модулировать активность нервных клеток с помощью электрических импульсов.

Задача была как концептуальной, так и технической. В предыдущих исследованиях этой группы ученых уже разрабатывались графеновые электроды, способные обеспечивать двустороннюю связь с нервной тканью. Однако эти устройства были подвержены помехам в виде артефактов. В частности, импульсы модуляции могли мешать регистрации сигналов мозга, маскируя или изменяя реальную активность.

Доктор Антон Гимера, еще один ведущий автор исследования и научный сотрудник IMB-CNM, отмечает, что «объединение транзисторов и электродов делает двустороннюю связь более чувствительной и точной. Результаты показали, что модуляция не влияет на мониторинг активности мозга, в том числе сверхнизкочастотной. Поэтому можно сказать, что устройство способно и слушать, и говорить».

Изготовление устройства проводилось в чистых помещениях для микро- и нанопроизводства в IMB-CNM-CSIC и ICN2. Интерфейсы были протестированы в лаборатории доктора Роба Уайкса в Университетском колледже Лондона на мышах in vivo. Эти тесты продемонстрировали потенциал технологии в обнаружении биомаркеров в режиме реального времени и реагировании с помощью специальной, адаптированной модуляции.

Плодотворное сотрудничество

Это достижение — не единичный результат, а новая веха в многолетнем сотрудничестве между IMB-CNM-CSIC и ICN2. Графеновые электроды и транзисторы, которые являются ключевыми компонентами устройства, уже были протестированы в ходе предыдущих исследований, проведенных этой командой.

Одной из первых вех в этом направлении исследований стала статья, опубликованная в Nature Materials в 2018 году. В этом исследовании, проведенном под руководством доктора Антона Гимеры и профессора ICREA Хосе А. Гарридо, был представлен первый имплантат на основе графена, способный регистрировать активность мозга на крайне низких частотах. За ним последовало более позднее исследование, также опубликованное в Nature Nanotechnology, посвященное технологии нанопористого графена.

Тесное сотрудничество между IMB-CNM-CSIC и ICN2 также способствовало внедрению этих технологий в биомедицину. В этом контексте была создана компания INBRAIN Neuroelectronics. Основанная в 2019 году при поддержке ICN2, IMB-CNM и ICREA, эта дочерняя компания занимается лицензированием технологий графеновых транзисторов и электродов, разработанных в рамках исследований в этой области. Компания разрабатывает нейронные интерфейсы на основе графена для клинического применения и уже завершила первое испытание на людях для оценки их безопасности и эффективности.