Bilişim
Yeni Teknolojiler Nöral İmplantları Biyouyumlu ve Daha Dayanıklı Hale Getiriyor
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Elektroniği Beynine Uyumlu Hale Getirmek
Zamanla, elektronik cihazlar giderek daha küçük ve hayatımızda daha yaygın hâle geldi; bir odayı dolduran erken dönem ana bilgisayarlardan günümüz akıllı telefonlara ve çeşitli akıllı cihazlara.
Bu cihazları kontrol etme arayüzü de delikli kartlardan dokunmatik ekranlara ya da hatta ses komutlarına evrilmiştir.
Bu hâlâ, bizim ve bilgisayarımız arasındaki kontrol ve arayüzü daha da iyileştirmek için bir adım daha bırakıyor: onu doğrudan zihnimizle kontrol etmek.
Böyle nöral implantlar uzun süre bilim kurgu ile sınırlı bir kavramdı. Ancak artık gerçeğe dönüşüyor. İlk uygulamaların muhtemelen tıbbi alanda, beyni etkileyen hastalıkların izlenmesi veya yardımcı olunması yönünde olacağı tahmin ediliyor. Uzun vadede ise beyin aktivitemizi izleme konusundaki ilerlemeler, düşüncelerimizin bilgisayar kontrolüne tam entegrasyonuna doğrudan dönüşebilir.
Ve belki daha ileride, ikisinin sorunsuz bir entegrasyonu, Matrix filmlerindeki gibi verileri doğrudan beynimize “indirme” gibi hem heyecan verici hem de korkutucu bir olasılık ortaya çıkabilir.
Yumuşak Beyin İmplanti
Vücuda herhangi bir yapay öğe yerleştirirken en büyük zorluklardan biri, çevre dokulara zarar vermemesidir. Kemik implantları gibi bazı tıbbi implantlar için titanyum gibi biyouyumlu metaller kullanılabilir. Ancak beyin gibi yumuşak dokular için esnek, yumuşak implantlar zorunludur; bu da geleneksel elektroniklerle neredeyse uyumsuzdur.
Ayrıca, geleneksel elektronikler de vücudun sıvıları ve iyonları tarafından zarar görebilir.
Dolayısıyla, hem elektronik bileşenlerin hem de onlarla etkileşen organların birbirinden korunması gerekiyorsa, alternatif bir strateji muhtemelen gereklidir.
“Gelişmiş elektronikler birkaç on yıldır geliştiriliyor, bu yüzden mevcut devre tasarımlarının büyük bir deposu var.
Problem, bu transistör ve amplifikatör teknolojilerinin çoğunun fizyolojimizle uyumlu olmamasıdır.”
Dion Khodagholy, UC Irvine Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri Bölümü Profesörü.
Bu yüzden Kaliforniya Üniversitesi, Columbia Üniversitesi araştırmacıları, potansiyel beyin implant tasarımı için yumuşak organik elektrokimyasal transistörleri araştırıyor. Sonuçlarını Nature Communication’da “İletken polimerlerde katkılamanın mekânsal kontrolü, tamamlayıcı, şekle uyumlu ve implante edilebilir dahili iyon kapılı organik elektrokimyasal transistörlere olanak sağlıyor” başlığıyla yayınladılar.
Polimer Elektroniği
Sert silikon transistörün yerine, polimer tabanlı elektronik kullandılar. Ve biyoelektronik yapma konusundaki önceki girişimlerden bir adım daha ileri gittiler.
Bu teknolojinin önceki sürümlerinde, transistörler birkaç farklı malzemeden yapılmıştı. Bu da onları çok hantal hâle getiriyor ve toksisite riskini artırıyordu; bu sorun özellikle beyin gibi hassas organlarla etkileşimde daha belirgindi.
Bunun yerine, tek bir biyouyumlu malzeme olan polietilen (3,4-ethylenedioxythiophene) polistiren sülfat (PEDOT:PSS) kullanmayı başardılar.
“Cihazları asimetrik kontaklarla tasarlayarak, kanal içindeki doping konumunu kontrol edebilir ve odak noktasını negatif potansiyelden pozitif potansiyele kaydırabiliriz. Bu tasarım yaklaşımı, tek bir malzeme kullanarak tamamlayıcı bir cihaz yapmamıza olanak tanıyor.”
Tek bir polimer malzemenin kullanılması, üretim sürecini de basitleştirdi ve tasarımın ticari olarak uygulanabilir, seri üretime uygun olma ihtimalini artırdı.
Kaynak: Nature
Son olarak, cihazın aşırı esnekliği, vücutla birlikte hareket etmesini ve organ yapıları büyüdükçe bile onlara uyum sağlamasını mümkün kılıyor. Bu, çocukların zaman içinde implantın kendilerine uyum sağlamasını gerektirdiği pediatrik uygulamalarda büyük bir fark yaratabilir.
İyonlar, Elektronlar Yerine
Bu yaklaşımın bir diğer avantajı, elektronik sinyallerin vücudun iyonlarından, elektrik akımından ziyade alınmasıdır. Bu önemlidir çünkü iyon akışı, hücre sinyal bilgilerimizin temelidir; sinapslarda elektrik boşalması bile iyon konsantrasyonundaki bir değişimin sonucudur.
“Yenilikimiz için, biyolojik olarak bize daha yakın organik polimer malzemeler kullandık ve iyonlarla etkileşime girecek şekilde tasarladık, çünkü beyin ve vücudun dili iyoniktir, elektronik değildir.”
İmplantlar tek bir nöronun aktivitesini tespit edebildi; bu, gelecekteki herhangi bir nöral implant teknolojisi için vazgeçilmez bir özelliktir.
İmplantların stabilitesi ve güvenilirliği, canlı ve serbestçe hareket eden kemirgenlerde test edildi. İmplantların hafif yapısı, genç farelerin beyin çalışmalarında devrim yaratabilir; çünkü geleneksel daha ağır ve büyük implantlarla ölçüm yapmak mümkün değildir.
Kaynak: Nature
Daha Dayanıklı İmplantlar
Esnek ve hassas elektronik ve sensörler herhangi bir nöral implant için gerekli olacakken, dayanıklılık başka bir konudur.
İmplantı değiştirmek için kafatasını sık sık yeniden açmak istemediğimizden, kullanılan elektronik ultra dayanıklı ve güvenilir olmalıdır.
Ayrıca, implantların beyinle doğrudan etkileşmeseler bile, hesaplamalar için bir miktar silikon elektronik içermesi muhtemeldir. Bu yüzden silikon elektroniklerin beyin ortamında hayatta kalabilmesi de gerekli bir adımdır.
“Miniaturize nöral implantlar sağlık hizmetlerini dönüştürme konusunda muazzam bir potansiyele sahip, ancak vücuttaki uzun vadeli stabiliteleri büyük bir endişe kaynağıdır.”
Dr. Vasiliki (Vasso) Giagka, Delft Teknoloji Üniversitesi Doçent Yardımcı Profesör
Delft Teknoloji Üniversitesi (Hollanda), University College London, Imperial College London ve HUN-REN (Macaristan) araştırmacıları bu konu üzerinde çalıştı. Keşiflerini Nature Communications’da “On the longevity and inherent hermeticity of silicon-ICs: evaluation of bare-die and PDMS-coated ICs after accelerated aging and implantation studies” başlığıyla yayınladılar.
Beyinden Çipleri Koruma
Araştırmacılar, silikon tabanlı elektroniklerin beyin içine yerleştirildiğinde bozulma sürecini inceleyerek başladılar. Testler, hem in-vivo hem de laboratuvarlarda in-vivo koşullarının simülasyonunda gerçekleştirildi.
İki farklı üreticiden çipler test edildi; her biri çipi farklı bir üretim süreciyle üretiyordu, bu da sonuçların herhangi bir silikon elektronik tasarımına daha kolay genellenebilmesini sağladı.
Kaynak: Nature
Çiplerin hesaplama bileşenleri olan transistörler, yaklaşık 200–300 µm kalınlığında ince bir silikon oksit ve silikon nitrür tabakasıyla korunur. Bu koruyucu tabakanın stabilitesi, çipin implant edildiğinde dayanıklılığını büyük ölçüde belirler.
Kaynak: Nature
Araştırmacılar daha sonra polidimetilsiloksan (PDMS, silikon kauçuk) kullanarak yumuşak ama nem geçirgen bir kaplama ile implant edilebilir elektroniklerin ömrünü uzatmayı incelediler. Çiplerin bir kısmı PDMS ile kaplandı, geri kalanı açık bırakıldı; böylece bozulma farkı gözlemlendi.
Kaynak: Nature
Dayanıklılıkta Köklü İyileşme
Zararlı bir ortama, ister laboratuvarda ister farelerde maruz bırakıldığında, PDMS tabakası silikon alt tabakaya çok dayanıklı bir koruma sağladı. Buna karşılık, silikon oksit ve nitrür sadece birkaç ay içinde hızlı bir şekilde aşındı ve 10 ay sonra koruyucu tabaka tamamen kayboldu.
Kaynak: Nature
“Bulgularımız, dikkatlice tasarlandığında çıplak silikon çiplerin vücutta aylarca güvenilir bir şekilde çalışabileceğini gösteriyor.
Hepimiz şaşırdık. Sıcak tuzlu suda ıslatıldığında ve elektriksel olarak polarize edildiğinde mikroçiplerin bu kadar stabil olacağını beklemiyordum.”
Ayrıca, “Chip A” nın “Chip B”ye göre çok daha hızlı aşındığını belirtmek gerekir; bu yüzden bir silikon çipin tasarımı, nöral implant uygulamalarındaki dayanıklılığını ciddi şekilde etkileyebilir.
Chip A’da hafifçe daha yüksek hidrojen (H) içeriği bu farkı açıklayabilir; ayrıca, nemli ortamlara maruz kaldığında kimyasal stabilitede rol oynayan morfoloji (atomik düzenlemeler) de etkili olabilir.
Uygulamalar
Beyinde uzun süre hayatta kalabilen silikon çiplerin ve tek nöron aktivitesini tespit edebilen esnek polimer elektroniğin birleşimi, yeni kavramların yolunu açıyor.
Bu, her iki yeni özelliğin birleşiminin implantları çok daha az müdahaleci hâle getirebileceği ve yeterince dayanıklı olmaları sayesinde beyinlerimizin yarı kalıcı bir parçası haline gelebileceği anlamına geliyor.
“Nöral implantların ömrünü uzatarak, çalışmamız beyin-bilgisayar arayüzleri ve tıbbi tedaviler için daha dayanıklı ve etkili teknolojilere giden yolları açıyor.”
Nörolojik Hastalıklar
Nöral implantların ilk uygulamaları biyomedikal araştırmalarda olacak. Bu, hayvan modellerinde (özellikle farelerde) beyin aktivitesinin daha iyi ölçülmesini içerir.
Daha uzun vadede, Alzheimer, Parkinson, amyotrofik lateral skleroz (ALS) gibi çeşitli nörolojik hastalıkların tedavisinde yeni türde yaklaşımlara yol açması bekleniyor.
Ayrıca, klinik depresyon, bipolar bozukluk ve şizofreni gibi psikiyatrik durumların tedavisinde de faydalı olabilir.
Bu, Elon Musk destekli Neuralink şirketinin ilk başarısı üzerine odaklanarak beyin-kas arayüzünün iyileştirilmesiyle ilgilidir.
Gerçek Nöral İmplantlar
Beyin aktivitesini doğrudan makineler tarafından okunabilir girdilere çevirmek neredeyse sınırsız bir potansiyele sahip olabilir, özellikle yapay zeka teknolojisinin paralel büyümesiyle.
İlk aşamada, ciddi motor bozuklukları yaşayan insanlara yardımcı olabilir;
- Felçli kişiler ya da inme geçirenlere konuşma yetisini geri kazandırmak.
- İnme geçirenlerin ya da serebral palsi, kas erimesi vb. hastalıklardan etkilenen hastaların hareket kabiliyetini artırmak.
- Bilgisayar imlecini ya da uzaktan kontrol edilen araçları kullanma yeteneği sağlamak; bu, engelli kişilerin günlük görevleri tek başına yapmasına ve özerkliklerini artırmasına yardımcı olabilir.
Daha uzun vadede, bu tür bir implant bilim kurgu alanına sağlam bir şekilde girecektir:
- Kaslarımız gibi düşüncelere tepki veren, normal gücü katlayan bir ekzoskeleton.
- Gerçek konumumuzdan uzakta robotik bedenlerin tam uzaktan kontrolü; bu, tehlikeli endüstrilerde ya da askeri alanda açık uygulamalara sahiptir.
- Hem iş hem de eğlence amaçlı (örneğin video oyunları ya da VR filmleri) bilgisayarlarla doğrudan iletişim.
- Beyne veri gönderme; dil öğrenimini geliştirmekten (veya belki AI destekli gerçek zamanlı çeviriden) beyne doğrudan veri alımına kadar.
Elbette, elektronik ve bilgisayarlar beynimizle ne kadar yakın bir arayüz oluşturursa, güvenlik önlemlerinin o kadar güçlendirilmesi gerekir. Bilgisayar ve telefonlarımızdaki hack risklerinden zaten endişe duyduğumuz gibi, nöral implantlara yapılacak kötü niyetli bir saldırı katlanarak daha yıkıcı olur.
Nöral ve Tıbbi İmplantlara Yatırım
İmplantlarla ilgili şirketlere birçok aracı kurum üzerinden yatırım yapabilirsiniz ve burada, securities.io’da, ABD, Kanada, Avustralya, Birleşik Krallık ve diğer birçok ülkedeki en iyi aracı kurumlar için önerilerimizi bulabilirsiniz.
Belirli şirketleri seçmekle ilgilenmiyorsanız, iShares U.S. Medical Devices ETF (IHI) veya SPDR S&P Health Care Equipment ETF (XHE) gibi ETF’lere de bakabilirsiniz; bu ETF’ler, büyüyen giyilebilir ve tıbbi cihaz endüstrisinden faydalanmak için daha çeşitlendirilmiş bir maruziyet sağlar.
Ayrıca “En İyi 6 Medikal Cihaz Hissesi” adlı makalemize de göz atabilirsiniz.
Elektronik İmplant Şirketleri
PHG Fiyat Grafiği
Nöral implantların ilk uygulaması muhtemelen tıp alanında olacak. Bu yüzden, Neuralink gibi özel şirketlerin ve makalemizde listelenen “5 En İyi Beyin-Bilgisayar Arayüzü (BCI) Şirketi” gibi şirketlerin yanı sıra, sağlık elektronik sensörlerinde derinlemesine yer alan şirketler, nöral implantların bir biçimini ticarileştirecek ilk şirketler olma ihtimali yüksek.
Philips, tıraş makineleri, elektrikli diş fırçaları gibi küçük tüketici elektroniği ürünleriyle tanınan bir marka olup, sağlık alanında da aktif bir şirket. Örneğin, 2022 yılında Avrupa’da MedTech patent başvurularında bir numaraydı.
Bağlantılı tıbbi ürünlerde, giyilebilir cihazlardan görüntüleme sistemlerine, respiratörlerden tıbbi robotlara kadar faaliyet gösteriyor. Şirket ayrıca yarı iletkenlerde (manyetik levitasyon teknolojisi dahil) ve yüksek teknoloji/robotik/otomasyonda da aktiftir.
Kaynak: Philips
Philips, kardiyak, solunum ve aktivite ölçümleri için giyilebilir cihazlar sunar. Sensörleri akıllı saatlere, sağlık monitörlerine, medikal yamalara ve aktivite takipçilerine entegre edilebilir.
Nöral implantlar kanıtlanmış bir teknoloji haline geldiğinde, Philips’in biyouyumlu sensör konusundaki uzmanlığının sektörde lider konuma gelmesini bekleyebiliriz.
Medikal cihazlar konusunda Philips, üçüncü taraflar için “onların” bağlantılı IoT (Nesnelerin İnterneti) medikal cihazlarını Philips’in diğer çözümleriyle tam uyumlu şekilde geliştirdiği bir ortaklık çözümünü tercih ediyor. Bu bağlamda, müşterilerine prototipleme, düzenleyici danışmanlık, uçtan uca ürün geliştirme ve endüstriyel ölçekli üretim sunuyor.
Bu durum Philips’i teknoloji odaklı bir şirket yapıyor ve esnek piezoelektrik jeneratörler gibi yenilikleri mevcut medikal cihazlara hızlıca entegre edebilecek bir aday haline getiriyor.
2023 yılında, Philips’in cihazları doğrudan 1,82 milyar insanı etkiledi.
Şirket, sensörlerin cihazlarla uyumlu olduğu ve çoklu bağlantı çözümleriyle Philips HealthSuite Cloud çözümüne entegre edilerek derin veri analitiği sağlayan tam entegre bir dijital sağlık ortamı yaratmak istiyor.
Burada da, doğrudan bir beyin elektronik arayüzü, mevcut BT altyapısına sorunsuz bir şekilde entegre edilebilir.
Kaynak: Philips
MedTech sektörünün bir tedarikçisi olarak Philips, diğer daha önde gelen şirketler kadar görünür değil. Ancak, yüksek performanslı elektronik cihazlar ve sensörler üretme konusunda uzmandır ve genellikle sağlık ve giyilebilir cihazlar alanındaki nişinde mümkün olanın sınırlarını zorlar.
Giyilebilir cihazlar ve medikal elektroniklerin sağlık hizmetleri ve tıbbi protokollere giderek daha fazla entegre olmasıyla, Philips’in Sağlık segmentinin grup içinde büyümesi muhtemeldir.
Çalışma Referansı:
1. Wisniewski, D.J., Ma, L., Rauhala, O.J.et al. (2025) Conducting polymerlerde dopingin uzaysal kontrolü, tamamlayıcı, uyumlu, implant edilebilir iç iyon kontrollü organik elektrokimyasal transistörleri mümkün kılıyor. Nat Commun 16, 517. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55284-w
2. Nanbakhsh, K., Shah Idil, A., Lamont, C.et al. (2025) Silikon-IC’lerin uzun ömürlülüğü ve doğuştan hermetikliği: çıplak çip ve PDMS kaplı IC’lerin hızlandırılmış yaşlanma ve implantasyon çalışmaları sonrası değerlendirilmesi. Nat Commun 16, 12. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55298-4
