Ny teknologi gjør nevrale implantater biokompatible og mer holdbare

Tilpasse elektronikk til hjernen vår

Over tid har elektroniske enheter gradvis blitt mindre og mer allestedsnærværende i livene våre, fra den tidlige hoveddatamaskinen som fylte et helt rom, til dagens smarttelefoner og ulike smarte enheter.

Grensesnittet for å kontrollere disse enhetene har også utviklet seg fra hullkort til berøringsskjermer eller til og med stemmekommandoer.

Dette etterlater fortsatt et annet steg for bedre kontroll og grensesnitt mellom oss og datamaskinen: å kontrollere den direkte med tankene våre.

Slike nevrale implantater var lenge et konsept begrenset til science fiction. Men de er snart i ferd med å bli en realitet. Det er sannsynlig at de første anvendelsene vil være medisinske, for overvåking eller hjelp i tilfelle sykdommer som påvirker hjernen. På lang sikt kan fremgangen i overvåking av hjernens aktivitet direkte omdannes til full integrering av tankene våre i kontrollen av datamaskinen.

Også kanskje senere, en sømløs integrering av de to, med den like spennende og skremmende muligheten til å «laste ned» data direkte i hjernen vår som i Matrix-filmene.

Myk hjerneimplantat

En av utfordringene ved å implantere kunstige gjenstander i kroppen er at de ikke skal skade omkringliggende vev. For noen medisinske implantater som benimplantater kan biokompatible metaller som titan brukes. Men for mykere vev som hjernen er fleksible myke implantater et must, noe som knapt er kompatibelt med tradisjonell elektronikk.

I tillegg kan tradisjonell elektronikk selv bli skadet av kroppens væsker og ioner.

Så, hvis både de elektroniske komponentene og organene som grensesnittet med dem må beskyttes mot hverandre, er en alternativ strategi sannsynligvis nødvendig.

“Avansert elektronikk har vært under utvikling i flere tiår nå, så det finnes et stort lager av tilgjengelige kretsdesign.”

Problemet er at de fleste av disse transistor- og forsterkerteknologiene ikke er kompatible med vår fysiologi.

Dion Khodagholy, professor i UC Irvines avdeling for elektroteknikk og datavitenskap.

Derfor undersøker forskere ved University of California, Columbia University myke organiske elektro‑kjemiske transistorer for potensielt hjerneimplantatdesign. De publiserte resultatene sine i Nature Communication, under tittelen “Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion-gated organic electrochemical transistors”.

Polymer‑elektronikk

For å erstatte den harde silisiumtransistoren brukte de polymerbasert elektronikk. Og de gikk et skritt videre enn tidligere forsøk på å lage bioelektronikk.

I tidligere iterasjoner av denne teknologien ble transistorene laget av flere forskjellige materialer. Dette gjorde dem for klumpete, samt økte risikoen for toksisitet, et problem som er spesielt akutt ved interaksjoner med sensitive organer som hjernen.

I stedet klarte de å bruke ett enkelt, biokompatibelt materiale, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyren sulfonat (PEDOT:PSS).

“Ved å designe enheter med asymmetriske kontakter kan vi kontrollere dopingslokasjonen i kanalen og skifte fokuset fra negativ potensial til positiv potensial. Denne designmetoden gjør det mulig å lage en komplementær enhet ved å bruke ett enkelt materiale.”
Duncan Wisniewski, Ph.D.-kandidat ved Columbia University.

Bruken av ett enkelt polymermaterial forenklet også produksjonsprosessen, noe som gjør det mer sannsynlig at designet er kommersielt levedyktig og egnet for masseproduksjon.

Kilde: Nature

Til slutt gjør den ekstreme fleksibiliteten til enheten at den kan bevege seg med kroppen og fortsatt tilpasse seg organstrukturer etter hvert som de vokser. Dette kan utgjøre en enorm forskjell for pediatriske anvendelser, da barn vil trenge at implantatet tilpasser seg dem over tid.

Ioner i stedet for elektroner

En annen fordel med denne tilnærmingen er at den elektroniske enheten bruker signaler fra kroppens ioner i stedet for elektrisk strøm. Dette er viktig fordi ioneflux er hvordan våre celler signaliserer informasjon, selv for nevroner hvor den elektriske utladningen ved synapser er resultatet av en endring i ionekonsentrasjon.

“For vår innovasjon brukte vi organiske polymermaterialer som er iboende nærmere oss biologisk, og vi designet den til å samhandle med ioner, fordi språkene til hjernen og kroppen er ioniske, ikke elektroniske.”
Duncan Wisniewski, Ph.D.-kandidat ved Columbia University.

Implantatene var i stand til å oppdage aktiviteten til enkeltnevroner, noe som er et must for enhver fremtidig nevrale implantatteknologi.

Stabiliteten og påliteligheten til implantatene ble testet på levende og fritt bevegelige gnagere. Den lette naturen til implantatene kan bli en revolusjon i studiet av unge musers hjerner, da de er for små til å måles med tradisjonelle tyngre og større implantater.

Kilde: Nature

Mer holdbare implantater

Selv om fleksibel og presis elektronikk og sensorer vil være nødvendige for alle nevrale implantater, er holdbarhet et annet problem.

Siden vi knapt vil åpne hodeskallen regelmessig for å endre implantatet, må all elektronikk som brukes være ultraholdbar og pålitelig.

Det er også sannsynlig at implantater fortsatt vil kreve en form for silisiumelektronikk for å utføre beregninger, selv om disse delene ikke direkte interagerer med hjernen. Så å gjøre silisiumelektronikk i stand til å overleve hjerne‑miljøet er også et nødvendig steg.

“Miniatyriserte nevrale implantater har enormt potensial til å transformere helsesektoren, men deres langsiktige stabilitet i kroppen er en stor bekymring.”
Dr. Vasiliki (Vasso) Giagka, førsteamanuensis ved Delft University of Technology

Forskere ved Delft University of Technology (Nederland), University College London, Imperial College London og HUN-REN (Ungarn) har arbeidet med dette temaet. De publiserte oppdagelsen sin i Nature Communications under tittelen “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies”.

Beskyttelse av brikker fra hjernen

Forskerne begynte med å studere nedbrytningsprosessen av silisiumbasert elektronikk når den implanteres i hjerner. Testene ble utført både in vivo og i simulering av in vivo-forhold på laboratorier.

De testet brikker fra to forskjellige produsenter, hver med en annen produksjonsprosess for å lage brikken, noe som gjør resultatene lettere å overføre til enhver silisiumelektronisk design.

Kilde: Nature

Transistorer, de beregningskomponentene i brikker, er beskyttet av et tynt lag av silisiumoksid og silisiumnitrat på omtrent 200–300 µm (mikrometer) tykkelse. Stabiliteten til dette beskyttelseslaget bestemmer i stor grad holdbarheten til brikken når den er implantert.

Kilde: Nature

Deretter undersøkte forskerne bruk av polydimetylsiloksan (PDMS, silikongummi) som et mykt, men fuktighetspermeabelt belegg for å forlenge levetiden til implanterbar elektronikk. Deler av brikkene ble belagt med PDMS, mens resten ble utsatt, for å observere forskjellen i nedbrytning.

Kilde: Nature

Radikal forbedring i holdbarhet

Når de ble utsatt for et skadelig miljø, enten i et laboratorium eller i rotter, ga PDMS-laget en svært holdbar beskyttelse av silisiumsubstratet. I kontrast oppstod en rask erosjon av silisiumoksid og nitrat i løpet av bare noen måneder når de ble eksponert, med total tap av beskyttelseslaget etter 10 måneder.

Kilde: Nature

“Våre funn viser at bare-die silisiumbrikker, når de er nøye designet, kan fungere pålitelig i kroppen i flere måneder.

Vi ble alle overrasket. Jeg forventet ikke at mikrobrikker skulle være så stabile når de er nedsenket og elektrisk påført spenning i varmt saltvann.

Kambiz Nanbakhsh, PhD‑student

Det bør også bemerkes at «Chip A» erodert mye raskere enn «Chip B», så designet av en silisiumbrikke kan i stor grad påvirke hvor holdbar den blir i nevrale implantatapplikasjoner.

Litt høyere hydrogen (H)-innhold i Chip A kan forklare denne forskjellen, samt muligens morfologi (atomarrangementer) som spiller en rolle i den kjemiske stabiliteten når den utsettes for våte miljøer.

Applikasjoner

Kombinasjonen av silisiumbrikker som kan overleve lange perioder i hjernen, og fleksibel polymer‑elektronikk som kan oppdage enkeltnevronaktivitet, åpner veien for nye konsepter.

Dette er fordi kombinasjonen av begge nye egenskaper kan gjøre implantatene mye mindre påtrengende, og holdbare nok til at de kan bli en semi‑permanent del av hjernene våre.

“Ved å forlenge levetiden til nevrale implantater åpner vår studie opp veier til mer holdbare og effektive teknologier for hjerne‑datamaskin‑grensesnitt og medisinske terapier.”
Kambiz Nanbakhsh, PhD‑student

Neurologiske sykdommer

De første anvendelsene av nevrale implantater vil være innen biomedisinsk forskning. Dette inkluderer bedre måling av hjerneaktivitet i dyremodeller (spesielt rotter).

På lengre sikt bør det gi frukt i nye typer behandlinger for alle slags neurologiske sykdommer, inkludert Alzheimers, Parkinsons, amyotrofisk lateral sklerose (ALS) osv.

Det kan også være nyttig for å behandle psykiatriske tilstander som klinisk depresjon, eller til og med bipolar lidelse og schizofreni.

Dette følger den første suksessen med nevrale implantater fra Elon Musk‑støttede selskapet Neuralink, som fokuserer på forbedring av sviktende hjerne‑muskel‑grensesnitt.

Ekte nevrale implantater

Direkte oversettelse av hjerneaktivitet til maskinlesbare innganger kan ha nesten ubegrenset potensial, spesielt med den parallelle veksten av AI‑teknologi.

Først kan det hjelpe personer som lider av alvorlig motorisk svekkelse, med mange eksempler på potensielle bruksområder:

• Gjenopprette tale for lammede personer eller slagpasienter.
• Forbedre mobiliteten til slagpasienter eller pasienter med cerebral parese, muskeldystrofi osv.
• Gi muligheten til å bruke en datamaskinpeker eller fjernstyrte verktøy, potensielt hjelpe funksjonshemmede med å utføre daglige oppgaver alene og forbedre deres autonomi.

På lengre sikt vil denne typen implantat definitivt tre inn i science‑fiction‑sfæren:

• Eksoskjelett som reagerer på tanker på samme måte som musklene våre, og multipliserer normal styrke.
• Full fjernkontroll av robotkropper utenfor våre faktiske lokasjoner, med åpenbare anvendelser i farlige industrier eller militæret.
• Direkte kommunikasjon med datamaskiner for både arbeidsrelaterte oppgaver og underholdning (videospill eller VR‑filmer for eksempel).
• Sende data tilbake inn i hjernen, fra forbedring av språklæring (eller kanskje AI‑assistert sanntidsoversettelse) til direkte mottak av data i hjernene våre.

Selvfølgelig, jo nærmere elektronikk og datamaskiner grensesnittet med hjernene våre, desto mer må sikkerhetstiltakene styrkes. Ettersom vi allerede er bekymret for hackingsrisiko på datamaskiner og telefoner, vil et ondsinnet angrep på nevrale implantater være eksponentielt mer skadelig.

Investering i nevrale & medisinske implantater

Du kan investere i selskaper relatert til implantater gjennom mange meglere, og du kan her, på securities.io, finne våre anbefalinger for de beste meglerne i USA, Canada, Australia, Storbritannia, samt mange andre land.

Hvis du ikke er interessert i å velge spesifikke selskaper, kan du også se på ETF-er som iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) eller SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), som vil gi en mer diversifisert eksponering for å dra nytte av den voksende wearables‑ og medisinsk‑enhetsindustrien.

Du kan også konsultere artikkelen vår «Top 6 Medical Devices Stocks».

Elektroniske implantat‑selskaper

Den første anvendelsen av nevrale implantater vil sannsynligvis være innen medisinsk felt. Så i tillegg til private selskaper som Neuralink og andre nevnt i artikkelen vår «5 Best Brain-Computer Interfaces (BCI) Companies», er selskaper som allerede er dypt involvert i helseteknologi‑sensorer sannsynligvis de første som vil kommersialisere en form for nevrale implantater.

Philips er et velkjent forbrukerelektronikkmerke (barbermaskiner, elektriske tannbørster), like aktivt innen helsevesenet. For eksempel var de nummer én for MedTech‑patentinnleveringer i Europa i 2022.

De er aktive innen tilkoblede medisinske produkter, fra wearables til bildediagnostikk, respiratorer eller medisinske roboter. Selskapet er også aktivt innen halvledere (inkludert maglev‑teknologi) og høyteknologi/robotikk/automatisering.

Kilde: Philips

Philips tilbyr wearables for hjerte-, respirasjons- og aktivitetsmålinger. Sensorene deres kan integreres i smartklokker, helsesporere, medisinske plaster og aktivitetsmålere.

Når nevrale implantater blir en påvist teknologi, kan vi forvente at Philips’ ekspertise innen biokompatible sensorer gjør dem til en leder i sektoren.

Når det gjelder medisinske enheter, foretrekker Philips en partnerskapsløsning, hvor de utvikler for tredjepart «deres» tilkoblede IoT‑medisinske enheter som er fullt kompatible med resten av Philips’ løsninger. I den sammenhengen tilbyr de sine kunder prototyping, regulatorisk rådgivning, ende‑til‑ende produktutvikling og industriell produksjon.

Dette gjør Philips til et teknologifokusert selskap og en sannsynlig kandidat for raskt å integrere innovasjoner som fleksible piezoelektriske generatorer i eksisterende medisinske enheter.

I 2023 påvirket Philips sine enheter direkte 1,82 milliarder mennesker.

Selskapet ønsker å skape et fullt integrert digitalt helsemiljø, hvor sensorer matcher enheter, og deretter bruke flere tilkoblingsløsninger for å integrere i Philips HealthSuite Cloud‑løsning og muliggjøre dyptgående dataanalyse.

Også her kan et direkte hjerne‑elektronisk grensesnitt sømløst integreres i denne eksisterende IT‑infrastrukturen.

Kilde: Philips

Som leverandør i MedTech‑industrien er Philips ikke like synlig i sektoren som andre mer fremtredende selskaper. Imidlertid er de eksperter på å bygge høyytelses elektroniske enheter og sensorer, og presser ofte grensene for hva som er mulig i deres nisje innen helsevesenet og wearables.

Etter hvert som wearables og medisinsk elektronikk i økende grad integreres i helsevesenet og medisinske protokoller, vil Philips’ Healthcare‑segment sannsynligvis vokse som en del av konsernet.

Studierreferanse:

^{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}