Поверхность мозга имеет сложную складчатую структуру, уникальную для каждого человека. Эти складки позволяют нейронам быстро обмениваться сигналами и помогают компактно разместить мозг в черепе. В развёрнутом виде поверхность мозга взрослого человека занимает около 2000 см² — как две большие пиццы. Хотя общий принцип строения коры у всех людей схож, точное расположение извилин и борозд индивидуально и зависит от возраста, пола, роста, веса и других факторов.
Традиционные датчики изготавливают из жёстких материалов, а их универсальная форма не учитывает эти различия. Новый подход предлагает создавать электроды под каждого пациента. Исследователи использовали МРТ-данные 21 человека, построили детализированные 3D-модели мозга и с помощью специального программного обеспечения подобрали форму электрода, максимально точно соответствующую извилинам и бороздам коры.
Процесс начинается с МРТ-сканирования головного мозга пациента. На основе полученных данных проводится конечно-элементный анализ, который создаёт детальную симуляцию нейронной структуры. Затем результаты преобразуются в 3D-модель мозга, и с помощью ПО подбирается биоэлектрод, адаптированный к извилинам и бороздам коры. Сами электроды изготавливают методом 3D-печати — прямым нанесением чернил. Это делает производство доступнее по сравнению с традиционными методами, которые требуют сложных и дорогих условий, например, идеально чистых комнат.
Ключевым материалом стал гидрогель — мягкое вещество с высоким содержанием воды, которое по своим свойствам близко к живым тканям. Это позволяет электродам не только плотно прилегать к поверхности мозга, но и снижает риск повреждений, характерных для жёстких конструкций. Дополнительно команда применила структуру, вдохновлённую сотами, которая обеспечивает баланс между гибкостью и прочностью. Благодаря этому удалось уменьшить количество используемого материала, ускорить производство и снизить стоимость изготовления устройств.
Учёные имплантировали электроды в мозг крыс и оставили на 28 дней. Ни иммунной реакции, ни ухудшения характеристик не наблюдалось, что подтверждает биосовместимость устройств. Импланты плотнее прилегали к поверхности мозга и обеспечивали более качественный сигнал.
Авторы исследования считают, что их разработка может стать основой для персонализированных нейроинтерфейсов нового поколения. В будущем такие технологии могут использоваться не только для наблюдения за активностью мозга, но и для лечения неврологических заболеваний.
