Datorer
Nya teknologier gör neurala implantat biokompatibla och mer hållbara
Lägg till Securities.io bland dina föredragna källor på Google
Anpassa elektronik till vår hjärna
Med tiden har elektroniska enheter successivt blivit mindre och mer allestädes närvarande i våra liv, från den tidiga stordatorn som tog upp ett helt rum till dagens smartphones och olika smarta enheter.
Gränssnittet för att kontrollera dessa enheter har också utvecklats från hålkort till pekskärmar eller till och med röstkommandon.
Detta lämnar fortfarande ett steg kvar för bättre kontroll och gränssnitt mellan oss och vår dator: att direkt styra den med vårt sinne.
Sådana neurala implantat var länge ett koncept begränsat till science fiction. Men de håller på att bli en verklighet. Det är sannolikt att de första tillämpningarna blir medicinska, för övervakning eller hjälp vid sjukdomar som påverkar hjärnan. På längre sikt kan framstegen i övervakning av hjärnans aktivitet direkt leda till full integration av våra tankar i kontrollen av vår dator.
Och kanske ännu längre fram, en sömlös integration av de två, med den lika spännande och skrämmande möjligheten att ”ladda ner” data direkt i vår hjärna som i Matrix-filmerna.
Mjuk hjärnimplantat
En av svårigheterna med att implantera någon konstgjord komponent i kroppen är att den inte får skada omgivande vävnad. För vissa medicinska implantat som benimplantat kan biokompatibla metaller som titan användas. Men för mjukare vävnader som hjärnan är flexibla mjuka implantat ett måste, något som knappast är kompatibelt med traditionell elektronik.
Dessutom kan traditionell elektronik själva skadas av kroppens vätskor och joner.
Så, om både de elektroniska komponenterna och organen som gränssnittar med dem måste skyddas från varandra, behövs sannolikt en alternativ strategi.
“Avancerad elektronik har utvecklats i flera decennier nu, så det finns ett stort arkiv av tillgängliga kretsdesign.
Problemet är att de flesta av dessa transistor- och förstärkarteknologier inte är kompatibla med vår fysiologi.”
Dion Khodagholy, Professor in UC Irvine’s Department of Electrical Engineering and Computer Science.
Det är därför forskare vid University of California, Columbia University undersöker mjuka organiska elektrokemiska transistorer för potentiell hjärnimplantatdesign. De publicerade sina resultat i Nature Communications, under titeln “Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion-gated organic electrochemical transistors”1.
Polymerelektronik
För att ersätta den hårda kiseltransistorn använde de polymerbaserad elektronik. Och de gick ett steg längre än tidigare försök att skapa bioelektronik.
I tidigare iterationer av denna teknik var transistorerna gjorda av flera olika material. Detta gjorde dem för skrymmande samt ökade risken för toxicitet, ett problem som är särskilt akut vid interaktion med känsliga organ som hjärnan.
I stället lyckades de använda ett enda biokompatibelt material, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS).
“Genom att designa enheter med asymmetriska kontakter kan vi kontrollera dopningsplatsen i kanalen och växla fokus från negativ potential till positiv potential. Detta designkoncept gör att vi kan skapa en komplementär enhet med ett enda material.”
Användningen av ett enda polymermaterial förenklade också tillverkningsprocessen, vilket gör den mer sannolik att bli en kommersiellt hållbar design, lämplig för massproduktion.
Källa: Nature
Till sist möjliggör enhetens extrema flexibilitet att den rör sig med kroppen och ändå anpassar sig till organens strukturer när de växer. Detta kan göra en enorm skillnad för pediatriska tillämpningar, eftersom barn kommer att behöva att implantatet anpassar sig till dem över tid.
Joner istället för elektroner
En annan fördel med detta tillvägagångssätt är att den elektroniska signalen använder kroppens joner istället för elektrisk ström. Detta är viktigt eftersom jonflöde är hur våra celler överför information, även för neuroner där den elektriska urladdningen vid synapser är resultatet av en förändring i jonkoncentration.
“För vår innovation använde vi organiska polymermaterial som är inneboende närmare oss biologiskt, och vi designade dem för att interagera med joner, eftersom hjärnans och kroppens språk är joniskt, inte elektroniskt.”
Implantaten kunde upptäcka aktiviteten hos enskilda neuroner, ett måste för framtida neurala implantatteknologier.
Stabiliteten och pålitligheten hos implantaten testades på levande och fritt rörliga gnagare. Implantatens lätta vikt kan bli en revolution i studier av unga möss hjärnor, eftersom de är för små för att mätas med traditionella tyngre och större implantat.
Källa: Nature
Mer hållbara implantat
Medan flexibel och precis elektronik samt sensorer kommer att vara nödvändiga för alla neurala implantat, är hållbarhet en annan fråga.
Eftersom vi knappast vill öppna skallen regelbundet för att byta implantat, måste all elektronik vara ultrahållbar och pålitlig.
Det är också sannolikt att alla implantat fortfarande kommer att kräva någon form av kisel‑elektronik för att utföra beräkningar, även om dessa delar inte direkt interagerar med hjärnan. Så att göra kisel‑elektronik som kan överleva i hjärnans miljö är också ett nödvändigt steg.
“Miniatyriserade neurala implantat har enorm potential att transformera sjukvården, men deras långsiktiga stabilitet i kroppen är en stor oro.”
Dr. Vasiliki (Vasso) Giagka, Associate Professor at the Delft University of Technology
Forskare vid Delft University of Technology (Nederländerna), University College London, Imperial College London och HUN‑REN (Ungern) har arbetat med detta ämne. De publicerade sin upptäckt i Nature Communications under titeln “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies2.
Skydda chipen från hjärnan
Forskarnas arbete började med att studera nedbrytningsprocessen för kiselbaserad elektronik när den implanteras i hjärnan. Tester utfördes både in‑vivo och i simulering av in‑vivo‑förhållanden i laboratorier.
De testade chip från två olika tillverkare, var och en med en annan tillverkningsprocess för att tillverka chipet, vilket möjliggör att resultaten lättare kan överföras till alla kisel‑elektroniska designer.
Källa: Nature
Transistorer, chipens beräkningskomponenter, skyddas av ett tunt lager av kiseloxid och kiselnitrit omkring 200–300 µm tjockt. Stabiliteten hos detta skyddslager avgör i stor utsträckning chipets hållbarhet när det implanteras.
Källa: Nature
Därefter undersökte forskarna att använda polydimetylsiloxan (PDMS, silikon gummi) som ett mjukt men fukt‑genomträngligt lager för att förlänga livslängden på implanterbar elektronik. Delar av chipen belades med PDMS, resten lämnades exponerade, för att observera skillnaden i nedbrytning.
Källa: Nature
Radikal förbättring av hållbarhet
När de utsattes för en skadlig miljö, antingen i laboratorium eller i råttor, gav PDMS‑lagret ett mycket hållbart skydd för kiselsubstratet. I kontrast uppstod en snabb erosion av kiseloxid och nitrit på bara några månader när de exponerades, med total förlust av skyddslagret efter 10 månader.
Källa: Nature
“Våra fynd visar att blottade kiselchip, när de är noggrant designade, kan fungera pålitligt i kroppen i månader.
Vi blev alla förvånade. Jag förväntade mig inte att mikrochip skulle vara så stabila när de blötläggs och elektriskt spänns i varmt saltvatten.”
Det bör också noteras att ”Chip A” eroderade mycket snabbare än ”Chip B”, så chipdesignen kan starkt påverka hur hållbart det blir i neurala implantat.
Lite högre väte (H)‑innehåll i Chip A kan förklara denna skillnad, liksom eventuellt morfologi (atomarrangemang) som spelar en roll i den kemiska stabiliteten när den utsätts för våta miljöer.
Tillämpningar
Kombinationen av kiselchip som kan överleva långa perioder i hjärnan, och flexibel polymer‑elektronik som kan upptäcka enskild neuronaktivitet, öppnar vägen för nya koncept.
Detta beror på att kombinationen av båda nya egenskaperna kan göra implantaten mycket mindre påträngande och tillräckligt hållbara för att bli en semi‑permanent del av våra hjärnor.
“Genom att förlänga livslängden på neurala implantat öppnar vår studie vägar till mer hållbara och effektiva teknologier för hjärn‑dator‑gränssnitt och medicinska terapier.”
Neurologiska sjukdomar
Neurala implantatens första tillämpningar kommer att vara inom biomedicinsk forskning. Detta inkluderar bättre mätning av hjärnaktivitet i djurmodeller (särskilt råttor).
På längre sikt bör det leda till nya typer av behandlingar för alla slags neurologiska sjukdomar, inklusive Alzheimers, Parkinsons, amyotrofisk lateralskleros (ALS) med mera.
Det kan också vara användbart för att behandla psykiatriska tillstånd som klinisk depression, eller till och med bipolär sjukdom och schizofreni.
Detta följer den första framgången för neurala implantat av Elon Musk‑stödda företaget Neuralink, med fokus på förbättring av det misslyckade hjärn‑muskel‑gränssnittet.
Sanna neurala implantat
Att direkt översätta cerebrala aktiviteter till maskinläsbara signaler kan ha nästan obegränsad potential, särskilt med den parallella tillväxten av AI‑teknik.
Till en början kan det hjälpa personer som lider av svår motoriknedsättning, med många exempel på potentiella användningsfall:
- Återställa tal för förlamade personer eller stroke‑drabbade.
- Förbättra rörligheten för stroke‑drabbade eller patienter med cerebral pares, muskeldystrofi med mera.
- Ge möjlighet att använda en datormuspekare eller fjärrstyrda verktyg, vilket potentiellt kan hjälpa funktionshindrade att utföra dagliga uppgifter själva och förbättra deras autonomi.
På längre sikt skulle denna typ av implantat entydigt gå in i science‑fiction‑området:
- Exoskelett som reagerar på tankar på samma sätt som våra muskler, vilket multiplicerar normal styrka.
- Full fjärrstyrning av robotkroppar bort från våra faktiska platser, med uppenbara tillämpningar i farliga industrier eller militären.
- Direkt kommunikation med datorer för både arbetsrelaterade uppgifter och underhållning (videospel eller VR‑filmer till exempel).
- Skicka data tillbaka in i hjärnan, från förbättrat språkinlärande (eller kanske AI‑assisterad realtidsöversättning) till att direkt ta emot data i våra hjärnor.
Naturligtvis, ju närmare elektronik och datorer gränssnittar med våra hjärnor, desto mer måste säkerhetsåtgärder stärkas. Eftersom vi redan är oroade över hackningsrisker på våra datorer och telefoner, skulle en illvillig attack mot neurala implantat vara exponentiellt mer skadlig.
Investera i neurala & medicinska implantat
Du kan investera i implantatrelaterade företag via många mäklare, och du kan här, på securities.io, hitta våra rekommendationer för de bästa mäklarna i USA, Kanada, Australien, Storbritannien, såväl som många andra länder.
Om du inte är intresserad av att välja specifika företag, kan du också titta på ETF:er som iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) eller SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), vilka ger en mer diversifierad exponering för att kapitalisera på den växande bärbara och medicinska enhetsindustrin.
Du kan också läsa vår artikel “Top 6 Medical Devices Stocks“.
Företag som tillverkar elektroniska implantat
PHG Prisdiagram
Den första tillämpningen av neurala implantat kommer sannolikt att vara inom medicin. Så förutom privata företag som Neuralink och andra som listas i vår artikel “5 Best Brain-Computer Interfaces (BCI) Companies”, är företag som redan är djupt involverade i hälso‑elektroniksensorer sannolikt de första som kommersialiserar någon form av neurala implantat.
Philips är ett välkänt litet konsumentelektronikmärke (rakapparater, elektriska tandborstar), lika aktivt inom sjukvården. Till exempel var de #1 för MedTech‑patentansökningar i Europa 2022.
De är aktiva inom anslutna medicinska produkter, från wearables till bilddiagnostik, respiratorer eller medicinska robotar. Företaget är också aktivt inom halvledare (inklusive maglev‑teknik) och högteknik/robotik/automation.
Källa: Philips
Philips erbjuder wearables för hjärt‑, andnings‑ och aktivitetsmått. Deras sensorer kan integreras i smartklockor, hälsomonitorer, medicinska plåster och aktivitetsarmband.
När neurala implantat blir en beprövad teknik kan vi förvänta oss att Philips expertis inom biokompatibla sensorer gör dem till en ledare i sektorn.
Vad gäller medicintekniska produkter, Philips föredrar en partnerskapslösning, där de utvecklar för tredje part ”deras” anslutna IoT‑medicintekniska enheter som är fullt kompatibla med resten av Philips lösningar. I det sammanhanget erbjuder de sina kunder prototyputveckling, regulatorisk rådgivning, helhetsproduktutveckling och industriell storskalig produktion.
Detta gör Philips till ett teknik‑fokuserat företag och en sannolik kandidat för att snabbt integrera innovationer som flexibla piezoelektriska generatorer i befintliga medicinska enheter.
År 2023 påverkade Philips enheter direkt 1,82 miljarder människor.
Företaget vill skapa en fullt integrerad digital vårdmiljö, där sensorer matchar enheter, och sedan använda flera anslutningslösningar för att integrera i Philips HealthSuite Cloud‑lösning och möjliggöra djupgående dataanalys.
Här också skulle ett direkt hjärn‑elektroniskt gränssnitt sömlöst kunna integreras i denna befintliga IT‑infrastruktur.
Källa: Philips
Som leverantör inom MedTech‑industrin är Philips inte lika synligt i sektorn som andra mer framträdande företag. Dock är de experter på att bygga högpresterande elektroniska enheter och sensorer, ofta på gränsen till vad som är möjligt inom deras nisch i sjukvård och wearables.
Med wearables och medicinsk elektronik som alltmer integreras i vård‑ och medicinska protokoll, kommer Philips Healthcare‑segment sannolikt att växa som en del av koncernen.
Studierreferens:
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
