Computing
Nye teknologier gør neurale implantater biokompatible og mere holdbare
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
Tilpasning af elektronik til vores hjerne
Over tid er elektroniske enheder blevet mindre og mere allestedsnærværende i vores liv, fra den tidlige mainframe‑computer, der fyldte et helt rum, til nutidens smartphones og forskellige smarte enheder.
Brugergrænsefladen til at styre disse enheder har også udviklet sig fra hulkort til berøringsskærme eller endda stemmekommandoer.
Dette efterlader stadig et skridt for bedre kontrol og grænseflade mellem os og vores computer: direkte at styre den med vores sind.
Sådanne neurale implantater var i lang tid et koncept begrænset til science fiction. Men de er ved at blive en realitet. Det er sandsynligt, at de første anvendelser vil være medicinske, til overvågning eller hjælp i tilfælde af sygdomme, der påvirker hjernen. På længere sigt kan fremskridtene i overvågning af vores hjerneaktivitet direkte omsættes til fuld integration af vores tanker i styringen af vores computer.
Og måske endda senere kan en sømløs integration af de to muliggøre den lige så spændende som skræmmende mulighed for at “downloade” data direkte i vores hjerne som i Matrix‑filmene.
Blød hjerneimplantat
En af vanskelighederne ved at implantere kunstige genstande i kroppen er at undgå skade på det omgivende væv. For nogle medicinske implantater som knogleimplantater kan biokompatible metaller som titanium anvendes. Men for blødere væv som hjernen er fleksible bløde implantater et must, noget der næsten er uforeneligt med traditionel elektronik.
Derudover kan traditionel elektronik selv blive beskadiget af kroppens væsker og ioner.
Så hvis både de elektroniske komponenter og de organer, de grænseflader med, skal beskyttes mod hinanden, er en alternativ strategi sandsynligvis nødvendig.
“Avanceret elektronik har været under udvikling i flere årtier nu, så der findes et stort lager af tilgængelige kredsløbsdesign.
Problemet er, at de fleste af disse transistor‑ og forstærkerteknologier ikke er kompatible med vores fysiologi.”
Dion Khodagholy, professor i UC Irvines afdeling for elektroteknik og datalogi.
Dette er grunden til, at forskere ved University of California, Columbia University undersøger bløde organiske elektro‑kemiske transistorer til potentielt hjerneimplantatdesign. De offentliggjorde deres resultater i Nature Communications under titlen “Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion‑gated organic electrochemical transistors”1.
Polymerelektronik
For at erstatte den hårde siliciumtransistor brugte de polymerbaseret elektronik. Og de gik et skridt videre end tidligere forsøg på at skabe bioelektronik.
I tidligere iterationer af denne teknologi var transistorerne lavet af flere forskellige materialer. Det gjorde dem for klodsede og øgede risikoen for toksicitet, et problem der især er akut ved interaktion med følsomme organer som hjernen.
I stedet formåede de at bruge ét enkelt biokompatibelt materiale, poly(3,4‑ethylenedioxythiophene) polystyren sulfonat (PEDOT:PSS).
“Ved at designe enheder med asymmetriske kontakter kan vi kontrollere dopingspositionen i kanalen og skifte fokus fra negativ til positiv potentiale. Denne designmetode gør det muligt at lave en komplementær enhed ved hjælp af ét enkelt materiale.”
Brugen af et enkelt‑polymermateriale forenklede også fremstillingsprocessen, hvilket gør det mere sandsynligt, at designet kan blive kommercielt levedygtigt og egnet til masseproduktion.
Kilde: Nature
Endelig tillader den ekstreme fleksibilitet i enheden, at den kan bevæge sig med kroppen og endda tilpasse sig organstrukturer, efterhånden som de vokser. Dette kan gøre en enorm forskel for pædiatriske anvendelser, da børn vil have brug for, at implantatet tilpasser sig dem over tid.
Ioner i stedet for elektroner
En anden fordel ved denne tilgang er, at den elektroniske enhed bruger signaler fra kroppens ioner i stedet for elektrisk strøm. Dette er vigtigt, da ionflux er den måde, vores celler overfører information på, selv for neuroner, hvor den elektriske udladning ved synapser er resultatet af en ændring i ionkoncentrationen.
“For vores innovation brugte vi organiske polymermaterialer, der er biologisk set tættere på os, og vi designede den til at interagere med ioner, fordi hjernens og kroppens sprog er ionisk, ikke elektronisk.”
Implantaterne var i stand til at opdage aktiviteten af enkelte neuroner, et must‑have for enhver fremtidig neural‑implantatteknologi.
Stabiliteten og pålideligheden af implantaterne blev testet på levende og frit bevægende gnavere. Den lette vægt af implantaterne kan udgøre en revolution i studiet af unge mus’ hjerner, da de er for små til at blive målt med de traditionelle tungere og større implantater.
Kilde: Nature
Mere holdbare implantater
Mens fleksibel og præcis elektronik og sensorer vil være nødvendige for enhver neural implantat, er holdbarhed et andet problem.
Da vi helst vil undgå at skulle åbne kraniet regelmæssigt for at udskifte implantatet, skal enhver anvendt elektronik være ultraholdbar og pålidelig.
Det er også sandsynligt, at implantater stadig vil kræve en form for silicium‑elektronik til beregninger, selvom disse dele ikke direkte interagerer med hjernen. Så at gøre silicium‑elektronik i stand til at overleve i hjernemiljøet er også et nødvendigt skridt.
“Miniaturiserede neurale implantater har enormt potentiale til at transformere sundhedssektoren, men deres langsigtede stabilitet i kroppen er en stor bekymring.”
Dr. Vasiliki (Vasso) Giagka, lektor ved Delft University of Technology
Forskere ved Delft University of Technology (Holland), University College London, Imperial College London og HUN‑REN (Ungarn) har arbejdet med dette emne. De offentliggjorde deres opdagelse i Nature Communications under titlen “On the longevity and inherent hermeticity of silicon‑ICs: evaluation of bare‑die and PDMS‑coated ICs after accelerated aging and implantation studies2.
Beskytte chips fra hjernen
Forskerne startede med at studere nedbrydningsprocessen af silicium‑baseret elektronik, når den implanteres i hjerner. Testene blev udført både in‑vivo og i simulering af in‑vivo‑forhold i laboratorier.
De testede chips fra to forskellige producenter, som hver anvendte en forskellig fremstillingsproces, så resultaterne lettere kunne overføres til andre silicium‑elektroniske designs.
Kilde: Nature
Transistorer, de beregningskomponenter i chips, er beskyttet af et tyndt lag af siliciumoxid og siliciumnitrit omkring 200–300 µm (mikrometer) tykt. Stabiliteten af dette beskyttelseslag bestemmer i høj grad chipens holdbarhed, når den er implanteret.
Kilde: Nature
Derefter undersøgte forskerne brugen af polydimethylsiloxan (PDMS, silikonegummi) som en blød, men fugt‑permeabel belægning for at forlænge levetiden for implanterbar elektronik. En del af chipsene blev belagt med PDMS, resten forblev ubeskyttet, for at observere forskellen i nedbrydning.
Kilde: Nature
Radikal forbedring af holdbarhed
Når de blev udsat for et skadeligt miljø, enten i et laboratorium eller i rotter, gav PDMS‑laget en meget holdbar beskyttelse af siliciumsubstratet. I kontrast hørte en hurtig erosion af siliciumoxid og nitrit i løbet af kun få måneder, med totalt tab af beskyttelseslaget efter ti måneder.
Kilde: Nature
“Vores resultater viser, at blottede siliciumchips, når de er omhyggeligt designet, kan fungere pålideligt i kroppen i flere måneder.
Vi blev alle overraskede. Jeg havde ikke forventet, at mikrochips kunne være så stabile, når de er nedsænket og elektrisk polariseret i varmt saltvand.”
Det bør også bemærkes, at “Chip A” nedbrød meget hurtigere end “Chip B”, så designet af en siliciumchip kan i høj grad påvirke, hvor holdbar den vil være i neurale implantat‑applikationer.
En let højere hydrogen‑indhold i Chip A kan forklare forskellen, ligesom måske morfologi (atomarrangementer) spiller en rolle i den kemiske stabilitet, når de udsættes for våde miljøer.
Anvendelser
Kombinationen af siliciumchips, der kan overleve i hjernen i længere perioder, og fleksibel polymer‑elektronik, der kan opdage enkelt‑neuronal aktivitet, åbner vejen for nye koncepter.
Dette skyldes, at kombinationen af begge nye egenskaber kan gøre implantaterne langt mindre påtrængende og holdbare nok til at blive en semi‑permanent del af vores hjerner.
“Ved at forlænge levetiden for neurale implantater åbner vores studie veje til mere holdbare og effektive teknologier for hjerne‑computer‑grænseflader og medicinske behandlinger.”
Neurologiske sygdomme
De første anvendelser af neurale implantater vil være inden for biomedicinsk forskning. Dette inkluderer bedre måling af hjerneaktivitet i dyremodeller (især rotter).
På længere sigt bør det bære frugt i nye typer behandlinger for alle former for neurologiske sygdomme, herunder Alzheimers, Parkinsons, amyotrofisk lateral sklerose (ALS) osv.
Det kan også være nyttigt til behandling af psykiatriske tilstande som klinisk depression, eller endda bipolar lidelse og skizofreni.
Dette følger den første succes med neurale implantater fra Elon Musk‑støttede Neuralink, med fokus på forbedring af svigtende hjerne‑muskel‑grænseflader.
Ægte neurale implantater
Direkte oversættelse af hjerneaktivitet til input, som maskiner kan læse, kan have næsten ubegrænset potentiale, især i takt med den parallelle vækst af AI‑teknologi.
I første omgang kan det hjælpe personer, der lider af alvorlige motoriske handicap, med mange eksempler på potentielle anvendelsestilfælde:
- Genskabe tale for lammede eller slagtilfælde‑ramte.
- Forbedre mobiliteten for slagtilfælde‑ramte eller patienter med cerebral parese, muskeldystrofi osv.
- Give evnen til at bruge en computer‑cursor eller fjernstyrede værktøjer, potentielt hjælpe handicappede med at udføre daglige opgaver alene og forbedre deres autonomi.
På længere sigt vil denne type implantat fast træde ind i science‑fiction‑området:
- Exoskelet, der reagerer på tanker på samme måde som vores muskler, og multiplicerer normal styrke.
- Fuld fjernstyring af robotkroppe væk fra vores faktiske placering, med åbenlyse anvendelser i farlige industrier eller militæret.
- Direkte kommunikation med computere for både arbejdsrelaterede opgaver og underholdning (videospil eller VR‑film for eksempel).
- Send data tilbage i hjernen, fra forbedring af sprogindlæring (eller måske AI‑assisteret realtidsoversættelse) til direkte modtagelse af data i vores hjerner.
Selvfølgelig, jo tættere elektronik og computere grænseflader med vores hjerner, desto mere skal sikkerhedsforanstaltninger styrkes. Da vi allerede er bekymrede for hackningsrisiko på vores computere og telefoner, vil et ondsindet angreb på neurale implantater være eksponentielt mere skadeligt.
Investering i neurale & medicinske implantater
Du kan investere i implantat‑relaterede virksomheder gennem mange mæglere, og du kan her på securities.io finde vores anbefalinger til de bedste mæglere i USA, Canada, Australien, Storbritannien, såvel som mange andre lande.
Hvis du ikke er interesseret i at udvælge specifikke virksomheder, kan du også kigge på ETF’er som iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) eller SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), som giver en mere diversificeret eksponering til at kapitalisere på den voksende wearables‑ og medicinsk‑enhedsindustri.
Du kan også læse vores artikel “Top 6 Medical Devices Stocks“.
Elektroniske implantatvirksomheder
PHG Prisdiagram
Den første anvendelse af neurale implantater vil sandsynligvis være inden for det medicinske område. Så ud over private virksomheder som Neuralink og andre nævnt i vores artikel “5 Best Brain‑Computer Interfaces (BCI) Companies”, vil virksomheder, der allerede er dybt involveret i sundhedselektronik‑sensorer, sandsynligvis være de første til at kommercialisere en form for neurale implantater.
Philips er et velkendt forbruger‑elektronikbrand (barberskærere, elektriske tandbørster), som også er aktiv inden for sundhedssektoren. For eksempel var de nummer 1 i MedTech‑patentindleveringer i Europa i 2022.
De er aktive inden for forbundne medicinske produkter, fra wearables til billeddannelse, respiratorer eller medicinske robotter. Virksomheden er også aktiv inden for halvledere (inklusive maglev‑teknologi) og højteknologi/robotik/automatisering.
Kilde: Philips
Philips tilbyder wearables til hjerte‑, respirations‑ og aktivitetsmålinger. Deres sensorer kan integreres i smartwatches, sundhedsovervågere, medicinske patches og aktivitets‑trackere.
Når neurale implantater bliver en påvist teknologi, kan vi forvente, at Philips’ ekspertise inden for biokompatible sensorer gør dem til en leder i sektoren.
Med hensyn til medicinsk udstyr, foretrækker Philips en partnerskabsløsning, hvor de udvikler for tredjeparter “deres” forbundne IoT‑medicinske enheder, fuldt kompatible med resten af Philips’ løsninger. I den sammenhæng tilbyder de deres kunder prototyping, regulatorisk rådgivning, end‑to‑end produktudvikling og industriel masseproduktion.
Dette gør Philips til en teknologifokuseret virksomhed og en sandsynlig kandidat til hurtigt at integrere innovationer som fleksible piezoelektriske generatorer i eksisterende medicinske enheder.
I 2023 påvirkede Philips’ enheder direkte 1,82 milliarder mennesker.
Virksomheden ønsker at skabe et fuldt integreret digitalt sundhedsmiljø, hvor sensorer matcher enheder, og derefter bruge flere tilslutningsløsninger til at integrere i Philips HealthSuite Cloud‑løsningen og muliggøre dybdegående data‑analyse.
Her også kunne en direkte hjerne‑elektronisk grænseflade sømløst integreres i denne allerede eksisterende IT‑infrastruktur.
Kilde: Philips
Som leverandør til MedTech‑industrien er Philips ikke så synlig i sektoren som andre mere fremtrædende virksomheder. Dog er de eksperter i at bygge højtydende elektroniske enheder og sensorer, ofte på grænsen af, hvad der er muligt inden for deres niche i sundhed og wearables.
Med wearables og medicinsk elektronik, der i stigende grad integreres i sundheds‑ og medicinske protokoller, vil Philips’ Healthcare‑segment sandsynligvis vokse som en del af konglomeratet.
Studierreferencer:
1. Wisniewski, D.J., Ma, L., Rauhala, O.J.et al. (2025) Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion‑gated organic electrochemical transistors. Nat Commun 16, 517. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55284-w
2. Nanbakhsh, K., Shah Idil, A., Lamont, C.et al. (2025) On the longevity and inherent hermeticity of silicon‑ICs: evaluation of bare‑die and PDMS‑coated ICs after accelerated aging and implantation studies. Nat Commun 16, 12. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55298-4
