Một thiết bị cấy não gồm graphene siêu mỏng vừa được thử nghiệm trên một người

Vào năm 2004, Andre Geim và Konstantin Novoselov tại Đại học Manchester ở Anh đã đạt được một bước tiến khi họ đã phân lập graphene lần đầu tiên. Graphene là một dạng bằng phẳng của carbon được tạo thành từ một lớp nguyên tử duy nhất, là vật liệu mỏng nhất được biết đến – và cũng là một trong những vật liệu mạnh nhất. Được tôn vinh như một vật liệu kỳ diệu, nó đã giúp Geim và Novoselov giành được giải Nobel về Vật lý năm 2010.

Hai mươi năm sau đó, graphene cuối cùng đã bắt đầu được áp dụng vào pin, cảm biến, bán dẫn, điều hòa không khí và thậm chí cả tai nghe. Và bây giờ, nó đang được thử nghiệm trên não người.

Sáng nay, các bác sĩ tại Đại học Manchester đã tạm thời đặt một thiết bị cắm ngòi mảnh như băng keo được làm từ graphene lên vỏ não của bệnh nhân. Được sản xuất bởi công ty Tây Ban Nha InBrain Neuroelectronics, công nghệ này là một loại giao diện máy tính- não, một thiết bị thu thập và giải mã tín hiệu não. InBrain là một trong số các công ty, bao gồm cả Neuralink của Elon Musk, đang phát triển BCI.

“Chúng tôi đang nhắm đến việc có một sản phẩm thương mại có thể giải mã não và tạo bản đồ não và có thể được sử dụng trong nhiều loại rối loạn”, Carolina Aguilar, Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của InBrain nói.

Tạo bản đồ não là một kỹ thuật được sử dụng để giúp lập kế hoạch cho các ca phẫu thuật não. Khi phẫu thuật để loại bỏ u não chẳng hạn, các bác sĩ đặt điện cực trên não để xác định vị trí chức năng vận động và nói chuyện trong não để họ có thể an toàn loại bỏ u mà không ảnh hưởng đến khả năng di chuyển hoặc nói chuyện của bệnh nhân.

Trong quá trình phẫu thuật hôm nay, thiết bị cắm được lắp đặt trong 79 phút. Bệnh nhân đã đang phẫu thuật não để loại bỏ một u và đã đồng ý tham gia thử nghiệm. Trong thời gian đó, các nhà nghiên cứu quan sát thấy rằng thiết bị InBrain có thể phân biệt giữa các mô não lành mạnh và ung thư với độ chính xác tại tỉ lệ micrometer.

Đại học Manchester là nơi diễn ra nghiên cứu người đầu tiên của InBrain, trong đó sẽ thử nghiệm thiết bị graphene trên tối đa 10 bệnh nhân đang phẫu thuật não vì lý do khác. Mục tiêu của nghiên cứu, được tài trợ bởi dự án Graphene Flagship của Ủy ban Châu Âu, là để chứng minh sự an toàn của graphene khi tiếp xúc trực tiếp với não người.

David Coope, bác sĩ ngoại khoa đã tiến hành ca phẫu thuật, cho biết thiết bị InBrain có độ linh hoạt cao hơn so với điện cực thông thường, giúp nó thích hợp hơn với bề mặt não. “Từ góc độ phẫu thuật, điều đó có nghĩa là chúng tôi có thể đặt nó ở những nơi mà chúng ta sẽ thấy khó khăn khi đặt một điện cực”, ông nói. Các điện cực chủ yếu được sử dụng cho việc tạo bản đồ não là các đĩa platinum iridium trong silic. “Vì vậy chúng khá cứng”, Coope nói.

Ngược lại, thiết bị InBrain là một tấm trong suốt nằm trên bề mặt não. Dày bằng một nửa kích thước của một sợi tóc con người, nó chứa 48 điện cực graphene giải mã nhỏ chỉ mỗi cái 25 micromet. Công ty đang phát triển một loại thiết bị cắm thứ hai có khả năng xâm nhập vào mô não và có thể cung cấp kích thích điện chính xác.

Chính thiết bị bề mặt có thể được sử dụng cho việc tạo bản đồ não, nhưng Aguilar nói công ty cũng đang tích hợp hai thiết bị và dự định cuối cùng thử nghiệm chúng cùng nhau như một phương pháp điều trị cho các rối loạn thần kinh như bệnh Parkinson.

In 2004, Andre Geim and Konstantin Novoselov at the University of Manchester in England achieved a breakthrough when they isolated graphene for the first time. A flat form of carbon made up of a single layer of atoms, graphene is the thinnest known material—and one of the strongest. Hailed as a wonder material, it won Geim and Novoselov a Nobel Prize in physics in 2010.

Twenty years later, graphene is finally making its way into batteries, sensors, semiconductors, air conditioners, and even headphones. And now, it’s being tested on people’s brains.

This morning, surgeons at the University of Manchester temporarily placed a thin, Scotch-tape-like implant made of graphene on the patient’s cortex—the outermost layer of the brain. Made by Spanish company InBrain Neuroelectronics, the technology is a type of brain-computer interface, a device that collects and decodes brain signals. InBrain is among several companies, including Elon Musk’s Neuralink, developing BCIs.

“We are aiming to have a commercial product that can do brain decoding and brain mapping and could be used in a variety of disorders,” says Carolina Aguilar, InBrain’s CEO and cofounder.

Brain mapping is a technique used to help plan brain surgeries. When taking out a brain tumor, for instance, surgeons place electrodes on the brain to determine the location of motor and speech function in the brain so that they can safely remove the tumor without affecting the patient’s ability to move or speak.

During today’s surgery, the implant was installed for 79 minutes. The patient was already undergoing brain surgery to have a tumor removed and consented to the experiment. In that time, researchers observed that the InBrain device was able to differentiate between healthy and cancerous brain tissue with micrometer-scale precision.

The University of Manchester is the site of InBrain’s first-in-human study, which will test the graphene device in up to 10 patients who are already undergoing brain surgery for other reasons. The goal of the study, which is funded by the European Commission’s Graphene Flagship project, is to demonstrate the safety of graphene in direct contact with the human brain.

David Coope, the neurosurgeon who performed the procedure, says the InBrain device is more flexible than a conventional electrode, allowing it to better conform to the surface of the brain. “From a surgical perspective, it means we can probably put it in places where we would find it difficult to put an electrode,” he says. The mainstay electrodes used for brain mapping are disks of platinum iridium set in silicon. “So they’re reasonably stiff,” Coope says.

By contrast, the InBrain device is a transparent sheet that sits on the brain’s surface. Half the thickness of a human hair, it contains 48 tiny decoding graphene electrodes measuring just 25 micrometers each. The company is developing a second type of implant that penetrates the brain tissue and can deliver precise electrical stimulation.

The surface device alone can be used for brain mapping, but Aguilar says the company is also integrating the two devices and plans to eventually test them together as a treatment for neurological disorders such as Parkinson’s disease.