नई तकनीकें न्यूरल इम्प्लांट को बायो‑कम्पैटिबल और अधिक टिकाऊ बनाती हैं

इलेक्ट्रॉनिक्स को हमारे मस्तिष्क के अनुकूल बनाना

समय के साथ इलेक्ट्रॉनिक उपकरण छोटे और अधिक व्यापक होते गए हैं: पूरे कमरे में समाने वाले पुराने कंप्यूटरों से लेकर आज के स्मार्टफोन और अन्य उपकरणों तक।

इन उपकरणों को नियंत्रित करने के तरीके भी पंच कार्ड से टचस्क्रीन और आवाज़ के निर्देशों तक बदल गए हैं।

एक संभावित अगला कदम मस्तिष्क के संकेतों की सहायता से कंप्यूटर को नियंत्रित करना है।

इस तरह के न्यूरल इम्प्लांट लंबे समय तक विज्ञान-कथा का विषय थे। अब शोध में इनके प्रोटोटाइप और कुछ विशिष्ट चिकित्सीय उपयोग मौजूद हैं। शुरुआती उपयोगों में संकेतों को दर्ज करना और कुछ न्यूरोलॉजिकल समस्याओं वाले लोगों की सहायता करना शामिल हो सकता है। विचारों और कंप्यूटर का व्यापक एकीकरण अभी दूर की संभावना है।

फिल्मों की तरह सीधे मस्तिष्क में जानकारी “डाउनलोड” करने की कल्पना फिलहाल अटकल ही है।

सॉफ्ट ब्रेन इम्प्लांट

किसी इम्प्लांट को आसपास के ऊतकों को नुकसान पहुँचाए बिना काम करना चाहिए। टाइटेनियम जैसी जैव-संगत धातुएँ कुछ हड्डी संबंधी इम्प्लांट में इस्तेमाल होती हैं। मस्तिष्क जैसे कोमल ऊतक के लिए लचीलेपन और यांत्रिक अनुकूलता का विशेष महत्त्व है।

शरीर के द्रव और आयन पारंपरिक इलेक्ट्रॉनिक घटकों को भी नुकसान पहुँचा सकते हैं।

इसलिए शोधकर्ता ऐसी सामग्री और बनावट तलाश रहे हैं जो ऊतक और सर्किट दोनों की रक्षा कर सकें।

“उन्नत इलेक्ट्रॉनिक्स पर कई दशकों से काम हो रहा है और सर्किट के बहुत-से डिज़ाइन उपलब्ध हैं।

समस्या यह है कि इनमें से कई ट्रांजिस्टर और एम्प्लिफायर तकनीकें हमारे शरीर के अनुरूप नहीं हैं।”

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन में इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान के प्रोफेसर डायोन खोदाघोली।

कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन और कोलंबिया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने संभावित न्यूरल इंटरफ़ेस के लिए नरम कार्बनिक इलेक्ट्रोकेमिकल ट्रांजिस्टर का अध्ययन किया। उनके नतीजे Nature Communications में इस शीर्षक से प्रकाशित हुए: “Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion-gated organic electrochemical transistors”¹.

पॉलीमर इलेक्ट्रॉनिक्स

केवल कठोर सिलिकॉन ट्रांजिस्टर पर निर्भर रहने के बजाय टीम ने विद्युत-चालक पॉलिमर से सर्किट बनाए। यह जैव-इलेक्ट्रॉनिक्स की कुछ पुरानी विधियों से आगे का कदम है।

पहले के डिज़ाइन में पूरक ट्रांजिस्टर के लिए अक्सर अलग-अलग सामग्री चाहिए होती थीं। इससे जटिलता बढ़ती थी और संवेदनशील ऊतक के साथ स्थिरता या अनुकूलता की समस्या पैदा हो सकती थी।

टीम ने एक ही चालक पॉलिमर, PEDOT:PSS (पॉली(3,4-एथिलीनडाइऑक्सिथायोफीन):पॉलीस्टाइरीन सल्फोनेट), से पूरक कार्य प्राप्त करने का तरीका दिखाया।

“असममित संपर्क बनाकर हम चैनल में डोपिंग कहाँ होगी, इसे नियंत्रित कर सकते हैं और प्रतिक्रिया को ऋणात्मक से धनात्मक विभव की ओर बदल सकते हैं। इस तरह एक ही सामग्री से पूरक उपकरण बनता है।”

डंकन विस्निएव्स्की, कोलंबिया विश्वविद्यालय के पीएचडी शोधार्थी.

एक ही सामग्री निर्माण को सरल बना सकती है, लेकिन बड़े पैमाने पर उत्पादन की व्यवहार्यता अभी सिद्ध करनी होगी।

उपकरण का लचीलापन ऊतक की गति और बदलाव के साथ ढलने में मदद करता है। बढ़ते जीवों पर शोध में यह उपयोगी हो सकता है, पर बच्चों में उपयोग से पहले और अध्ययन आवश्यक हैं।

इलेक्ट्रॉनों के बजाय आयन

ये ट्रांजिस्टर ऊतक में आयनों की गति से संपर्क करके शारीरिक संकेत ग्रहण करते हैं और उन्हें इलेक्ट्रॉनिक संकेत में बदलते हैं। आयनों का प्रवाह कोशिकाओं, विशेषकर न्यूरॉनों, के संचार में महत्त्वपूर्ण है।

 “हमने ऐसे कार्बनिक पॉलिमर इस्तेमाल किए जो जैविक ऊतकों के अधिक करीब हैं और उपकरण को आयनों से संपर्क के लिए बनाया, क्योंकि मस्तिष्क और शरीर के संचार में आयनों की महत्त्वपूर्ण भूमिका होती है।”

डंकन विस्निएव्स्की, कोलंबिया विश्वविद्यालय के पीएचडी शोधार्थी.

प्रयोगों में सेंसर ने उच्च विभेदन के साथ तंत्रिका संकेत दर्ज किए। इससे वे अपने आप चिकित्सीय उपयोग के लिए तैयार नहीं हो जाते।

टीम ने जीवित और स्वतंत्र रूप से चलने वाले जानवरों में उपकरण की स्थिरता परखी। कम वज़न बढ़ते मस्तिष्क के अध्ययन को आसान बना सकता है, जहाँ बड़े और कठोर इम्प्लांट का इस्तेमाल कठिन होता है।

अधिक टिकाऊ इम्प्लांट

लचीलेपन और सटीकता के साथ इम्प्लांट का लंबे समय तक काम करना भी ज़रूरी है।

इम्प्लांट बदलने के लिए आक्रामक प्रक्रिया करनी पड़ सकती है, इसलिए इलेक्ट्रॉनिक घटकों की टिकाऊपन महत्त्वपूर्ण है।

कुछ डिज़ाइन में संकेतों को संसाधित करने के लिए सिलिकॉन एकीकृत परिपथ भी चाहिए होते हैं, भले ही ऊतक से लगा सेंसर पॉलिमर का हो। शरीर के वातावरण में इन सर्किटों की आयु समझना आवश्यक है।

“छोटे न्यूरल इम्प्लांट स्वास्थ्य सेवा में बड़ा योगदान दे सकते हैं, लेकिन शरीर में उनकी दीर्घकालिक स्थिरता गंभीर चिंता है।”

डेल्फ्ट प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय की एसोसिएट प्रोफेसर डॉ. वासिलिकी जियाग्का।

डेल्फ्ट प्रौद्योगिकी विश्वविद्यालय, यूनिवर्सिटी कॉलेज लंदन, इंपीरियल कॉलेज लंदन और हंगरी के संस्थानों के शोधकर्ताओं ने इन सर्किटों की टिकाऊपन का अध्ययन किया। अध्ययन Nature Communications में इस शीर्षक से प्रकाशित हुआ: “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies”².

चिप्स को मस्तिष्क से बचाना

टीम ने जाँचा कि शरीर जैसी परिस्थितियों में सिलिकॉन सर्किट कैसे क्षतिग्रस्त होते हैं। प्रयोगशाला और जानवरों में परीक्षण किए गए।

दो निर्माताओं के अलग उत्पादन विधियों से बने सर्किट जाँचे गए। इससे तुलना संभव हुई, लेकिन परिणाम हर संभावित डिज़ाइन पर लागू नहीं होते।

सर्किट की ऊपरी निष्क्रियकारी परतों में सिलिकॉन ऑक्साइड और सिलिकॉन नाइट्राइड होते हैं। वैज्ञानिक शोधपत्र में दी गई लगभग 200–300 µm मोटाई सिलिकॉन आधार की है, इन पतली सुरक्षात्मक परतों की नहीं। पूरी संरचना की स्थिरता इम्प्लांट की आयु को प्रभावित करती है।

शोधकर्ताओं ने पॉलीडाइमेथिलसिलोक्सेन (PDMS), एक नरम और नमी को पार होने देने वाली सिलिकॉन रबर, को आवरण के रूप में भी जाँचा। तुलना के लिए प्रत्येक सर्किट का कुछ हिस्सा ढका गया और कुछ खुला छोड़ा गया।

टिकाऊपन में क्रांतिकारी सुधार

प्रयोगशाला के त्वरित परीक्षणों और जानवरों में PDMS से ढके हिस्सों में खुले हिस्सों से कम क्षरण दिखा। इससे परीक्षण की गई परिस्थितियों में बेहतर टिकाऊपन का संकेत मिलता है, लेकिन यह साबित नहीं होता कि कोई भी इम्प्लांट मानव मस्तिष्क में वर्षों तक चलेगा।

“हमारे परिणाम बताते हैं कि सावधानी से डिज़ाइन किए गए बिना अतिरिक्त आवरण वाले सिलिकॉन चिप शरीर में महीनों तक भरोसेमंद ढंग से काम कर सकते हैं।

हमें आश्चर्य हुआ: मुझे उम्मीद नहीं थी कि गर्म खारे पानी में, विद्युत विभव लगने पर भी, माइक्रोचिप इतने स्थिर रहेंगे।”

Kambiz Nanbakhsh,  PhD student

“चिप A” में “चिप B” से तेज़ क्षरण हुआ। इससे स्पष्ट है कि निर्माण प्रक्रिया इम्प्लांट की टिकाऊपन को प्रभावित कर सकती है।

अनुप्रयोग

अधिक टिकाऊ सर्किट और लचीले पॉलिमर सेंसर को साथ लाने से न्यूरल इंटरफ़ेस पर शोध के नए रास्ते खुल सकते हैं। इससे मनुष्यों के लिए दीर्घकालिक इम्प्लांट का प्रदर्शन अभी सिद्ध नहीं हुआ है।

“न्यूरल इम्प्लांट की आयु बढ़ाकर हमारा अध्ययन मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस और संभावित चिकित्सीय उपयोग के लिए अधिक टिकाऊ तकनीकों का रास्ता खोलता है।”

Kambiz Nanbakhsh,  PhD student

तंत्रिका रोग

अभी ऐसे इम्प्लांट जैव-चिकित्सीय शोध में मदद कर सकते हैं, जिसमें पशु मॉडल में मस्तिष्क की गतिविधि दर्ज करना शामिल है।

भविष्य में जाँचा जा सकता है कि ये इंटरफ़ेस अल्ज़ाइमर, पार्किंसन या एमियोट्रोफिक लेटरल स्क्लेरोसिस जैसी स्थितियों के निदान या उपचार में मदद करते हैं या नहीं। इन दो अध्ययनों ने ऐसा उपचार प्रदर्शित नहीं किया।

अवसाद, बाइपोलर विकार और सिज़ोफ्रेनिया में उपयोग भी फिलहाल परिकल्पना है।

इस क्षेत्र में न्यूरालिंक द्वारा विकसित न्यूरल इंटरफ़ेस के शुरुआती नतीजे, जो मुख्यतः पक्षाघात वाले लोगों को उपकरण नियंत्रित करने में मदद करने पर केंद्रित हैं। इससे दूसरी बीमारियों के उपचार की प्रभावकारिता सिद्ध नहीं होती।

सच्चे न्यूरल इम्प्लांट

मस्तिष्क के संकेतों को मशीन के निर्देशों में बदलने के कई संभावित उपयोग हैं, विशेषकर गंभीर गतिशीलता संबंधी सीमाओं वाले लोगों के लिए। कृत्रिम बुद्धिमत्ता के साथ इस क्षेत्र का शोध भी बढ़ रहा है। अध्ययन किए जा रहे उपयोगों में ये शामिल हैं:

• पक्षाघात या स्ट्रोक के बाद कुछ लोगों को संचार में सहायता देना।
• गतिशीलता संबंधी सीमाओं वाले लोगों को उपकरणों पर बेहतर नियंत्रण देना।
• कर्सर या दूर से नियंत्रित उपकरणों का उपयोग कर कुछ दैनिक कामों में स्वतंत्रता बढ़ाना।

अन्य विचार अभी अधिक दूर और अनुमानात्मक हैं:

• तंत्रिका संकेतों से नियंत्रित एक्सोस्केलेटन जो चलने-फिरने में मदद करें।
• खतरनाक स्थानों में रोबोट को दूर से नियंत्रित करना, यदि सुरक्षा और विश्वसनीयता सिद्ध हो।
• काम या मनोरंजन के लिए कंप्यूटर से अधिक प्रत्यक्ष संपर्क।
• मस्तिष्क को संवेदी जानकारी भेजना; ज्ञान को सीधे “डाउनलोड” करना अभी कल्पना है।

कंप्यूटर और तंत्रिका तंत्र के बीच संबंध जितना गहरा होगा, डेटा, गोपनीयता और सुरक्षा की रक्षा उतनी ही आवश्यक होगी। इम्प्लांट में अनधिकृत हस्तक्षेप के गंभीर परिणाम हो सकते हैं।

न्यूरल और चिकित्सा इम्प्लांट में निवेश

कुछ सूचीबद्ध चिकित्सा उपकरण कंपनियों के शेयर ब्रोकरों के ज़रिए खरीदे जा सकते हैं। Securities.io पर संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा, ऑस्ट्रेलिया, यूनाइटेड किंगडम और अन्य देशों के ब्रोकर संबंधी मार्गदर्शक उपलब्ध हैं।

उपकरण उद्योग में अधिक विविध निवेश के लिए ऐसे फंड भी हैं जैसे iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) या SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), हालाँकि ये फंड विशेष रूप से न्यूरल इम्प्लांट में निवेश नहीं करते।

हमारा लेख “छह प्रमुख चिकित्सा उपकरण शेयर“.

इलेक्ट्रॉनिक इम्प्लांट कंपनियां

शुरुआती उपयोग शोध और विशिष्ट चिकित्सा क्षेत्रों में हो सकते हैं। न्यूरालिंक जैसी निजी कंपनियों के अलावा, जिनका उल्लेख “पाँच प्रमुख मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस (BCI) कंपनियाँ” लेख में है, चिकित्सा सेंसर निर्माता भी तकनीक पर नज़र रख सकते हैं। अभी यह बताना जल्दबाज़ी होगी कि इनमें से कौन न्यूरल इम्प्लांट बेचेगा।

फिलिप्स घरेलू उपकरणों के लिए जाना जाता है और स्वास्थ्य क्षेत्र में भी सक्रिय है। मूल लेख में दिए गए आँकड़े के अनुसार, 2022 में यूरोप में चिकित्सा तकनीक के पेटेंट आवेदन में यह अग्रणी था।

इसकी उत्पाद श्रृंखला में जुड़े हुए मेडिकल उपकरण, इमेजिंग, श्वसन सहायता और मेडिकल रोबोटिक्स शामिल हैं। इससे यह साबित नहीं होता कि कंपनी इन दोनों शोध अध्ययनों की तकनीक बेच रही है।

फिलिप्स हृदय गति, श्वसन और गतिविधि की निगरानी के लिए पहनने योग्य उपकरण उपलब्ध कराता है। इसके सेंसर घड़ियों, मॉनिटर और मेडिकल पैच में लगाए जा सकते हैं।

यदि लचीले न्यूरल इम्प्लांट नैदानिक रूप से सुरक्षित और प्रभावी सिद्ध होते हैं, तो सेंसर में फिलिप्स का अनुभव प्रासंगिक हो सकता है। उस संभावित बाज़ार में उसका नेतृत्व स्थापित नहीं है।

चिकित्सा उपकरणों के क्षेत्र में फिलिप्स अन्य कंपनियों के साथ साझेदारी भी करता है और उनके लिए जुड़े हुए मेडिकल उपकरण विकसित करने की सेवाएँ देता है। इनमें प्रोटोटाइप, नियामकीय सहायता, उत्पाद विकास और बड़े पैमाने पर निर्माण शामिल हो सकते हैं।

यह अनुभव नई तकनीक की जाँच में सहायक हो सकता है, पर उसका व्यावसायिक उपयोग तकनीकी, नैदानिक और नियामकीय नतीजों पर निर्भर करेगा।

2023 की सामग्री में फिलिप्स ने कहा था कि उसके उत्पाद और सेवाएँ 1.82 अरब लोगों तक पहुँचती थीं; यह कंपनी का ऐतिहासिक अनुमान है।

कंपनी सेंसर, उपकरण और HealthSuite Cloud जैसे डिजिटल मंचों को जोड़कर निगरानी और डेटा विश्लेषण को सक्षम करना चाहती है।

भविष्य में कोई न्यूरल इंटरफ़ेस सैद्धांतिक रूप से ऐसी प्रणाली से जुड़ सकता है, लेकिन इन शोध प्रोटोटाइप और मंच के बीच किसी एकीकरण की घोषणा नहीं हुई है।

फिलिप्स चिकित्सा उपकरणों और सेंसर का आपूर्तिकर्ता है। उसका अनुभव नए इंटरफ़ेस के मूल्यांकन में उपयोगी हो सकता है, पर इस लेख में दोनों शोध परियोजनाओं में उसकी प्रत्यक्ष भूमिका का प्रमाण नहीं है।

जुड़े हुए मेडिकल उपकरणों का बढ़ता उपयोग उद्योग को अवसर दे सकता है, लेकिन इससे फिलिप्स के स्वास्थ्य कारोबार या शेयर मूल्य में वृद्धि की गारंटी नहीं मिलती।

अध्ययन संदर्भ:

^{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}