Городской университет Гонконга представил sFlex-Fold — нейроинтерфейс, который сам меняет жёсткость при контакте с мозгом. Устройство, спроектированное при помощи искусственного интеллекта, способно безопасно проникать в глубокие складки коры и покрывать более 80 квадратных сантиметров её поверхности. Разработка, описанная в журнале Science Advances, решает давнюю дилемму нейротехнологий: как добраться до глубоких структур мозга, не повредив нежную ткань.

Как сплав с «переключаемой» гибкостью обходит главный компромисс

Ключевой элемент sFlex-Fold — жидкометаллический сплав галлия и серебра (Ga₉₇Ag₃). Его состав подбирал алгоритм, перебравший 35 145 вариантов, чтобы добиться точно настроенной температуры плавления 36,2 °C. При комнатной температуре устройство жёсткое, и его можно заранее отформовать в сложные изогнутые конфигурации, повторяющие рельеф борозд. Но как только интерфейс соприкасается с телом, металлическое ядро плавится за считанные секунды. Эффективный модуль упругости падает на три порядка — с 2,03 ГПа до 1,66 МПа, что сопоставимо с мягкостью самой мозговой ткани.

Интерфейс заключён в оболочку из полидиметилсилоксана (PDMS), а рисунок нанесён низкоэнергетическим лазером с разрешением около 10 микрометров. Это позволяет вести запись нейронной активности и стимуляцию с высокой точностью, не травмируя кору.

Складки, которые десятилетиями оставались недоступными

Примерно две трети коры головного мозга приматов спрятаны в глубоких бороздах — сулкусах. Обычные гибкие электродные матрицы хорошо ложатся на выпуклые извилины, но не могут аккуратно проникнуть в узкие щели. Жёсткие зонды, наоборот, достают до глубоких структур, но оставляют рубцы и повреждают ткань. sFlex-Fold впервые совмещает оба качества: жёсткость при введении и мягкость после установки.

В экспериментах на грызунах и свиньях устройство показало примерно десятикратное улучшение конформного контакта по сравнению с обычными гибкими массивами. За четыре недели имплантации глиальное рубцевание оказалось пренебрежимо малым, а хирургические риски — существенно ниже, чем у традиционных подходов.

Что это меняет в нейронауке и медицине

Технология открывает первый нетравматичный путь к полному картированию коры головного мозга. Это прямой шаг к новым возможностям в мониторинге эпилепсии, изучении нейродегенеративных заболеваний и создании интерфейсов «мозг-компьютер» следующего поколения. Доступ к скрытым в складках областям коры может переписать клинические протоколы нейротерапии и расширить границы понимания человеческого мозга.

Любопытно, что ключевым соавтором технологии стал не только материаловед, но и алгоритм: без машинного перебора десятков тысяч составов сплава точная настройка температуры плавления в узком диапазоне телесной температуры вряд ли была бы достигнута так быстро. Впрочем, до клинического применения ещё предстоит пройти долгий путь — пока sFlex-Fold испытан лишь на животных моделях, и вопрос о долгосрочной стабильности в человеческом мозге остаётся открытым.