Mga Bagong Teknolohiya na Nagpapabisa ng Neural Implants na Biocompatible at Mas Matibay

Pag-aangkop ng Elektronika sa Ating Utak

Sa paglipas ng panahon, lumiit at naging mas karaniwan ang mga elektronikong aparato: mula sa malalaking kompyuter na sumasakop sa isang silid hanggang sa mga smartphone at iba pang aparato ngayon.

Nagbago rin ang paraan ng pagkontrol sa mga ito, mula sa punched card tungo sa touch screen at utos sa boses.

Isang posibleng susunod na hakbang ang paggamit ng mga signal ng utak upang makontrol ang kompyuter.

Matagal na bahagi ng kathang-isip ang gayong mga neural implant. Ngayon ay may mga prototype sa pananaliksik at ilang tiyak na gamit sa medisina. Malamang na unang paggamitan ang pagsukat ng mga signal at pagtulong sa ilang pasyenteng may kapansanang neurologiko. Malayo pa sa katotohanan ang malawakang pagsasanib ng pag-iisip at kompyuter.

Nananatiling haka-haka ang mga ideyang gaya ng direktang “pag-download” ng impormasyon sa utak, tulad sa mga pelikulang science fiction.

Malambot na Implant sa Utak

Kailangang gumana ang implant nang hindi sinisira ang nakapaligid na tisyu. Maaaring gamitin ang mga metal na katugma ng katawan, gaya ng titanium, sa ilang implant sa buto. Ngunit mas mahalaga ang pagiging nababaluktot at mekanikal na angkop kapag malambot na tisyu tulad ng utak ang kaharap.

Maaari ring masira ng mga likido at ion sa katawan ang karaniwang elektronikong bahagi.

Kaya naghahanap ang mga mananaliksik ng materyales at disenyo na makapoprotekta kapwa sa tisyu at sa mga sirkito.

“Ilang dekada nang umuunlad ang makabagong elektronika, kaya marami nang umiiral na disenyo ng sirkito.

Ang problema, marami sa mga transistor at amplifier na ito ang hindi angkop sa ating pisyolohiya.”

Dion Khodagholy, propesor ng electrical engineering at computer science sa University of California, Irvine.

Pinag-aralan ng mga mananaliksik sa University of California, Irvine at Columbia University ang malalambot na organikong electrochemical transistor para sa posibleng neural interface. Inilathala ang kanilang mga resulta sa Nature Communications sa pamagat na “Spatial control of doping in conducting polymers enables complementary, conformable, implantable internal ion-gated organic electrochemical transistors”¹.

Polimer na Elektronika

Sa halip na umasa lamang sa matigas na silicon transistor, gumamit ang pangkat ng mga sirkito na gawa sa conductive polymer. Pagpapaunlad ito sa ilang naunang disenyo ng bioelectronics.

Sa mga naunang disenyo, madalas mangailangan ng magkakaibang materyales ang complementary transistor. Nagdaragdag ito ng pagiging kumplikado at maaaring magdulot ng problema sa katatagan o pakikipag-ugnayan sa sensitibong tisyu.

Ipinakita ng pangkat ang paraan upang makagawa ng complementary function gamit ang iisang conductive polymer: PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate).

“Sa pamamagitan ng mga contact na hindi magkapareho ang disenyo, nakokontrol namin kung saan nagaganap ang doping sa channel at naibabaling ang tugon mula negatibo tungo sa positibong potensyal. Sa ganitong paraan, nakakagawa kami ng complementary device mula sa iisang materyal.”

Duncan Wisniewski, doktoral na mag-aaral sa Columbia University.

Maaaring gawing mas simple ng iisang materyal ang paggawa, ngunit kailangan pang patunayan kung maisasagawa ito sa malawakang produksiyon.

Dahil nababaluktot ang aparato, maaari itong sumunod sa paggalaw at pagbabago ng tisyu. Makabuluhan ito sa pag-aaral ng lumalaking organismo, ngunit mangangailangan pa ng karagdagang pagsusuri bago gamitin sa mga bata.

Ions Sa Halip Na Mga Elektron

Nakikipag-ugnayan ang mga transistor na ito sa paggalaw ng mga ion sa tisyu upang makuha ang mga pisyolohikal na signal at gawing elektronikong signal. Mahalaga ang daloy ng ion sa komunikasyon ng mga selula, kabilang ang mga neuron.

 “Gumamit kami ng mga organikong polymer na mas malapit sa biyolohiya ng tisyu at idinisenyo ang aparato upang makipag-ugnayan sa mga ion, sapagkat may mahalagang papel ang mga ion sa komunikasyon ng utak at katawan.”

Duncan Wisniewski, doktoral na mag-aaral sa Columbia University.

Sa mga eksperimento, nakapagtala ang mga sensor ng neural signal na may mataas na resolusyon. Hindi ito nangangahulugang handa na ang mga ito para sa klinikal na paggamit.

Sinuri ng pangkat ang katatagan ng aparato sa mga buhay at gumagalaw na hayop. Dahil magaan ito, maaari nitong mapadali ang pag-aaral ng umuunlad na utak na mahirap sukatin gamit ang mas malaki at matigas na implant.

Mas Matibay na mga Implant

Bukod sa pagiging nababaluktot at tumpak, kailangang manatiling maayos ang paggana ng implant sa mahabang panahon.

Nangangailangan ng mapanghimasok na operasyon ang pagpapalit ng implant, kaya mahalaga ang tibay ng elektronikong bahagi.

Sa ilang disenyo, kailangan pa rin ang silicon integrated circuit upang iproseso ang mga signal kahit polymer ang sensor na nakadikit sa tisyu. Dapat maunawaan kung paano tatagal ang mga sirkito sa kapaligiran ng katawan.

“Malaki ang potensiyal ng maliliit na neural implant sa pangangalagang pangkalusugan, ngunit mahalagang usapin ang pangmatagalang katatagan ng mga ito sa katawan.”

Dr. Vasiliki Giagka, associate professor sa Delft University of Technology.

Pinag-aralan ng mga mananaliksik mula sa Delft University of Technology, University College London, Imperial College London at mga institusyon sa Hungary ang tibay ng ganitong mga sirkito. Nailathala ang pag-aaral sa Nature Communications sa pamagat na “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies².”

Pagprotekta sa mga Chip Mula sa Utak

Sinuri ng pangkat kung paano nasisira ang mga silicon circuit sa mga kondisyong katulad ng nasa katawan. Nagsagawa sila ng mga pagsubok sa laboratoryo at sa mga hayop.

Kasama sa pagsusuri ang mga circuit mula sa dalawang tagagawa na may magkaibang paraan ng produksiyon. Nagbigay ito ng paghahambing, ngunit hindi nito kinakatawan ang lahat ng posibleng disenyo.

May manipis na patong ng silicon oxide at silicon nitride sa ibabaw ng mga circuit. Ang kapal na mga 200–300 µm na binanggit sa siyentipikong papel ay para sa silicon substrate, hindi sa manipis na proteksiyon sa ibabaw. Nakaaapekto sa tibay ng implant ang katatagan ng buong estruktura.

Sinuri rin nila ang polydimethylsiloxane (PDMS), isang malambot na silicone rubber na napapasok ng singaw ng tubig, bilang pantakip. Tinakpan ang bahagi ng bawat circuit at iniwang lantad ang iba upang maihambing ang pagkasira.

Radikal na Pagbuti sa Katatagan

Sa pinabilis na pagsusuri sa laboratoryo at sa mga hayop, mas kaunti ang pagkasira ng mga bahaging may PDMS kaysa sa mga bahaging lantad. Ipinahihiwatig nito ang mas mahabang buhay sa mga kondisyong nasubukan, ngunit hindi nito pinatutunayang tatagal nang maraming taon ang anumang implant sa utak ng tao.

“Ipinapakita ng aming resulta na ang maingat na idinisenyong silicon chip na walang karagdagang balot ay maaaring gumana nang maaasahan sa katawan sa loob ng ilang buwan.

Nagulat kami: hindi ko inasahang magiging ganito katatag ang mga microchip habang nakababad sa mainit na maalat na tubig at may inilapat na boltahe.”

Kambiz Nanbakhsh,  PhD student

Mas mabilis masira ang “Chip A” kaysa “Chip B”, na nagpapakitang nakaaapekto sa tibay ang paraan ng paggawa ng circuit.

Mga Aplikasyon

Maaaring magbukas ng bagong direksiyon sa pananaliksik sa neural interface ang pagsasama ng mas matibay na circuit at nababaluktot na polymer sensor. Hindi pa nito naipapakita ang isang pangmatagalang implant na handa para sa tao.

“Sa pagpapahaba ng buhay ng mga neural implant, nagbubukas ang aming pag-aaral ng daan tungo sa mas matibay na teknolohiya para sa brain-computer interface at posibleng medikal na paggamot.”

Kambiz Nanbakhsh,  PhD student

Mga Neurological na Sakit

Sa ngayon, maaaring makatulong ang ganitong mga implant sa pananaliksik sa biyomedisina, kabilang ang pagsukat ng aktibidad ng utak sa mga hayop.

Maaari pang siyasatin sa hinaharap kung makatutulong ang mga interface sa mga kondisyong gaya ng Alzheimer, Parkinson at amyotrophic lateral sclerosis. Hindi ipinakita ng dalawang pag-aaral na epektibong paggamot ang mga ito.

Gayundin, haka-haka pa lamang ang aplikasyon sa depresyon, bipolar disorder at schizophrenia.

Kaugnay ito ng ang mga unang resulta ng neural interface na binuo ng Neuralink, na nakatuon lalo na sa pagkontrol ng mga aparato ng mga taong may paralisis. Hindi ito patunay ng bisa para sa iba pang sakit.

Tunay na Neural Implants

Maraming posibleng gamit ang pag-convert ng mga signal ng utak tungo sa utos para sa makina, lalo na para sa mga taong may malubhang limitasyon sa paggalaw. Lumalawak ang pananaliksik kasabay ng artificial intelligence. Kabilang sa mga pinag-aaralang gamit ang:

• Pagtulong sa mga taong may paralisis o nagkaroon ng stroke na makipag-usap.
• Pagbibigay ng mas mahusay na kontrol sa mga aparato para sa ilang taong may kapansanan sa paggalaw.
• Paggamit ng cursor o kagamitang kinokontrol mula sa malayo upang mas magawa ang ilang pang-araw-araw na gawain.

Mas malayo pa at haka-haka ang ibang mungkahi:

• Mga exoskeleton na tumutugon sa neural signal upang tumulong sa paggalaw.
• Pagkontrol sa mga robot sa mapanganib na lugar, kung mapatutunayang ligtas at maaasahan.
• Mas tuwirang pakikipag-ugnayan sa kompyuter para sa trabaho o libangan.
• Pagpapadala ng pandamang impormasyon sa utak; nananatiling haka-haka ang direktang “pag-download” ng kaalaman.

Habang mas nagiging konektado ang kompyuter at neural system, mas mahalagang protektahan ang datos, pagkapribado at kaligtasan. Maaaring maging malubha ang epekto ng panghihimasok sa isang implant.

Pamumuhunan sa mga Neural at Medikal na Implant

May mga kumpanyang gumagawa ng medikal na aparato na mabibili ang mga bahagi sa pamamagitan ng mga broker. Nasa Securities.io ang mga gabay sa broker para sa Estados Unidos, Canada, Australia, United Kingdom at iba pang bansa.

Para sa mas sari-saring pagkakalantad sa industriya ng medikal na kagamitan, may mga pondong tulad ng iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) o ang SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE), bagaman hindi partikular na nakatuon sa mga neural implant ang mga pondong ito.

Tingnan din ang aming artikulong “Anim na nangungunang stock ng medikal na aparato“.

Mga Kumpanya ng Electronic Implant

Maaaring unang magamit ang mga implant sa pananaliksik at ilang partikular na larangang medikal. Bukod sa mga pribadong kumpanyang gaya ng Neuralink na nasa artikulong “Limang nangungunang kumpanya sa brain-computer interface (BCI)”, maaaring subaybayan ng mga tagagawa ng medikal na sensor ang pag-unlad ng teknolohiya. Maaga pang tukuyin kung alin sa kanila ang magbebenta ng neural implant.

Kilala ang Philips sa mga pangkonsumong aparato at aktibo rin sa pangangalagang pangkalusugan. Ayon sa sukatan sa orihinal na artikulo, nanguna ito sa Europa sa mga aplikasyon ng patent para sa medikal na teknolohiya noong 2022.

Kabilang sa mga produkto nito ang mga konektadong medikal na aparato, imaging, suporta sa paghinga at medikal na robotics. Hindi ibig sabihin nito na ibinebenta na nito ang teknolohiyang pinag-aralan sa dalawang papel.

May mga wearable ang Philips para sa pagsubaybay sa tibok ng puso, paghinga at aktibidad. Maaaring isama ang mga sensor sa relo, monitor at medikal na patch.

Kung mapapatunayang ligtas at mabisa sa klinika ang nababaluktot na neural implant, maaaring maging mahalaga ang karanasan ng Philips sa sensor. Hindi pa napapatunayan ang pagiging lider nito sa posibleng merkadong iyon.

Sa larangan ng medikal na aparato, nakikipagtulungan din ang Philips sa ibang kumpanya at nag-aalok sa mga ito ng pagbuo ng konektadong medikal na aparato. Kabilang sa mga serbisyo ang prototype, tulong sa regulasyon, pagbuo ng produkto at produksiyon sa malawak na sukat.

Maaaring makatulong ang karanasang iyon sa pagsusuri ng bagong teknolohiya, ngunit nakasalalay pa rin ang paggamit nito sa resulta ng teknikal, klinikal at regulasyong pagsusuri.

Sa mga materyales nito noong 2023, sinabi ng Philips na naaabot ng mga produkto at serbisyo nito ang 1.82 bilyong tao; makasaysayang pagtataya ito ng kumpanya.

Layunin ng kumpanya na pag-ugnayin ang mga sensor, kagamitan at digital platform gaya ng HealthSuite Cloud para sa pagsubaybay at pagsusuri ng datos.

Sa teorya, maaaring maiugnay sa ganitong sistema ang isang neural interface sa hinaharap, ngunit walang inihayag na pagsasama ng mga prototype sa nabanggit na platform.

Tagapagtustos ng medikal na kagamitan at sensor ang Philips. Maaaring maging kapaki-pakinabang ang karanasan nito sa pagsusuri ng bagong interface, ngunit walang katibayan sa artikulo na bahagi ito ng dalawang proyektong pananaliksik.

Maaaring lumikha ng oportunidad ang pagdami ng konektadong medikal na aparato, ngunit hindi nito ginagarantiya ang paglago ng negosyo o presyo ng bahagi ng Philips.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{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}