經顱聚焦超音波是一種利用高頻聲波刺激大腦特定區域的非侵入性技術，可能是治療許多神經系統疾病的一種有前途的治療策略。最值得注意的是，它可以幫助治療抗藥性癲癇和其他與復發性震顫相關的疾病。

成均館大學 (SKKU)、基礎科學研究所 (IBS) 和韓國科學技術研究院的研究人員最近開發了一種新型感測器，可用於對患者進行經顱聚焦超音波檢查。該感測器在論文中介紹過發表在自然電子學，適應其形狀，可以緊密附著在皮質表面，允許使用者記錄神經訊號並透過低強度超音波刺激特定的大腦區域。

「先前對接觸大腦表面的大腦感測器的研究很難準確測量大腦訊號由於無法緊密貼合大腦複雜的褶皺，」研究的指導作者 Donghee Son 告訴 Tech Xplore。

「這種限制使得精確分析整個大腦表面並準確診斷大腦病變變得困難。先前開發的大腦感測器John A. Rogers 教授和 Dae-Hyeong Kim 教授的論文在一定程度上解決了這個問題，因為它的形狀極薄，但在嚴重彎曲的區域實現緊密粘附仍然面臨挑戰。

羅傑斯教授和金教授先前開發的感測器被發現可以收集大腦表面更精確的測量結果。儘管前景廣闊，但該感測器存在各種局限性，例如無法黏附到曲率較大的大腦表面，以及由於大腦中的微運動和物質的流動而容易從其原始附著點滑落。

這些觀察到的挑戰限制了其在醫療環境中的潛在用途，因為它們降低了其長時間持續測量目標區域大腦訊號的能力。作為研究的一部分，孫正義和他的同事著手開發一種新的感測器，可以克服這些限制，很好地黏附在彎曲的大腦表面上，從而能夠在較長時間內可靠地收集測量結果。

孫說：“我們開發的新感測器可以緊密貼合高度彎曲的大腦區域，並牢固地粘附在腦組織上。”「這種強大的黏附力可以對目標區域的大腦訊號進行長期、精確的測量。」

Son 和他的同事開發的感測器被稱為 ECoG，可以牢固地黏附在腦組織上，不會形成任何空隙。這可以顯著降低外部機械運動產生的噪音。

Son 說：“這一特性對於提高低強度聚焦超音波 (LIFU) 癲癇治療的有效性特別重要。”“眾所周知，超音波可以幫助最大限度地減少癲癇活動，但患者病情的可變性和個體之間的差異給針對每位患者量身定制治療方案提出了重大挑戰。”

近年來，許多研究團隊一直在嘗試設計針對癲癇和其他神經系統疾病的個人化超音波刺激治療方法。然而，為了根據個別患者的需求制定治療方案，他們應該能夠在刺激特定大腦區域的同時即時測量患者的腦電波。

孫說：“傳統的大腦表面附著感測器很難解決這個問題，因為超音波引起的振動會產生顯著的噪音，從而難以即時監測腦電波。”

「這種限制是製定個人化治療策略的主要障礙。我們的感測器大大降低了噪音，從而能夠透過個人化超音波刺激成功治療癲癇。”

孫正義和他的同事開發的形狀變形和皮質粘附的大腦感測器包括三個主要層。其中包括可以透過物理和化學方式與組織結合的水凝膠層、可以改變其形狀以匹配其下方表面形狀的自修復聚合物層，以及含有金電極和電極的可拉伸超薄層。 。

「當感測器應用到腦表面，水凝膠層經歷凝膠化過程，啟動對腦組織的即時、牢固的附著，」Son 解釋道。

“隨後，自癒聚合物基底開始變形，符合大腦的曲率，隨著時間的推移增加感測器和組織之間的接觸面積。一旦感測器完全粘附到大腦的輪廓上，它就準備好操作。”

該研究團隊開發的感測器與近年來推出的其他腦感測器相比具有多個優勢。首先，它可以牢固地附著在腦組織上，同時也可以調整其形狀以緊密貼合腦表面，無論其曲率水平如何。

透過適應曲面的形狀，感測器最大限度地減少了外部超音波模擬產生的振動。這可以讓醫生在正常條件下和超音波模擬過程中精確測量患者大腦中的電波。

孫正義說：“我們預計這項技術不僅適用於癲癇治療，還可用於診斷和治療各種腦部疾病。”「我們工作中最關鍵的方面是組織黏附技術的結合，使感測器能夠牢固地黏附在組織表面腦組織以及形狀變形技術，使其能夠符合大腦的輪廓而不產生空隙。

到目前為止，孫正義和他的同事開發的新感測器已經在活體和清醒的囓齒動物身上進行了測試。收集到的研究結果非常有希望，因為研究小組能夠精確測量動物的腦電波並控制癲癇發作。

研究人員最終計劃擴展感測器，在他們的設計基礎上創建高密度陣列。經過之後臨床試驗，這種升級的感測器可以診斷和治療癲癇或其他神經系統疾病，同時可能為更有效的義肢技術鋪平道路。

Son 補充說：“我們的大腦感測器目前配備了 16 個電極通道，這在高解析度大腦訊號映射方面存在需要改進的領域。”

「考慮到這一點，我們計劃大幅增加電極數量，以實現更詳細和高解析度的大腦訊號分析。此外，我們的目標是開發一種微創方法，將大腦感測器植入大腦表面，最終目標是將其應用於臨床研究。

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