Resumen: Los investigadores crean un implante neuronal transparente basado en grafeno que ofrece datos de alta resolución sobre la actividad cerebral desde la superficie. El denso conjunto de diminutos electrodos de grafeno del implante permite el registro simultáneo de la actividad eléctrica y del calcio en las capas profundas del cerebro.
Esta innovación supera las limitaciones anteriores de los implantes y ofrece perspectivas para estudios neurocientíficos. El diseño transparente permite obtener imágenes ópticas junto con la grabación eléctrica, revolucionando la investigación en neurociencia.
Reflejos:
UC San Diego está desarrollando un implante neuronal transparente basado en grafeno con electrodos de alta densidad.
El implante registra la actividad eléctrica y cálcica, superando limitaciones previas del implante.
Los investigadores pretenden aumentar la producción y facilitar la adopción generalizada de los estudios de neurociencia.
Fuente: UCSD
Investigadores de la Universidad de California en San Diego han desarrollado un implante neuronal que proporciona información sobre la actividad profunda del cerebro mientras se está sentado en su superficie.
El implante está hecho de una tira de polímero delgada, transparente y flexible que contiene una densa variedad de electrodos de grafeno.
La tecnología, probada en ratones transgénicos, acerca a los investigadores a la creación de una interfaz cerebro-computadora (BCI) mínimamente invasiva que proporciona datos de alta resolución sobre la actividad neuronal profunda utilizando grabaciones de la superficie del cerebro.
Este trabajo supera las limitaciones de las tecnologías actuales de implantes neuronales. Crédito: Noticias de neurociencia.
El trabajo fue publicado el 11 de enero en Nanotecnología de la naturaleza.
«Estamos ampliando el rango espacial de registros neuronales con esta tecnología», dijo el autor principal del estudio, Duygu Kuzum, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
«Aunque nuestro implante reside en la superficie del cerebro, su diseño va más allá de los límites de la detección física, ya que puede inferir la actividad neuronal desde capas más profundas».
Este trabajo supera las limitaciones de las tecnologías actuales de implantes neuronales. Las redes de superficie existentes, por ejemplo, son mínimamente invasivas, pero carecen de la capacidad de capturar información más allá de las capas externas del cerebro.
Por el contrario, los conjuntos de electrodos con agujas finas que penetran en el cerebro son capaces de sondear capas más profundas, pero a menudo provocan inflamación y cicatrices, lo que compromete la calidad de la señal con el tiempo.
El nuevo implante neuronal desarrollado en UC San Diego ofrece lo mejor de ambos mundos.
El implante es una tira de polímero delgada, transparente y flexible que se adapta a la superficie del cerebro. La tira está incrustada con una matriz de alta densidad de pequeños electrodos circulares de grafeno, cada uno de los cuales mide 20 micrómetros de diámetro. Cada electrodo está conectado mediante un hilo de grafeno de unos pocos micrómetros de espesor a un circuito impreso.
Cuando se probó en ratones transgénicos, el implante permitió a los investigadores capturar simultáneamente información de alta resolución sobre dos tipos de actividad neuronal: la actividad eléctrica y la actividad del calcio. Cuando se coloca en la superficie del cerebro, el implante registra señales eléctricas de las neuronas en las capas externas.
Al mismo tiempo, los investigadores utilizaron un microscopio de dos fotones para hacer brillar una luz láser a través del implante y obtener imágenes de los picos de calcio de las neuronas hasta 250 micrómetros por debajo de la superficie. Los investigadores descubrieron una correlación entre las señales eléctricas de la superficie y los picos de calcio en capas más profundas.
Esta correlación permitió a los investigadores utilizar señales eléctricas de superficie para entrenar redes neuronales para predecir la actividad del calcio, no sólo para grandes poblaciones de neuronas, sino también para neuronas individuales, a diferentes profundidades.
«El modelo de red neuronal está entrenado para aprender la relación entre los registros eléctricos de la superficie y la actividad de los iones de calcio de las neuronas profundas», dijo Kuzum. «Una vez que conozcamos esta relación, podremos utilizar el modelo para predecir la actividad en profundidad desde la superficie».
Una ventaja de poder predecir la actividad del calcio a partir de señales eléctricas es que supera las limitaciones de los experimentos de imágenes. Al obtener imágenes de picos de calcio, la cabeza del sujeto debe fijarse bajo el microscopio. Además, estas experiencias sólo pueden durar una o dos horas seguidas.
«Como las grabaciones eléctricas no tienen estas limitaciones, nuestra tecnología permite experimentos de mayor duración en los que el sujeto es libre de moverse y realizar tareas conductuales complejas», dijo Mehrdad Ramezani, coprimer autor del estudio, especialista en electricidad e informática. ingeniería. estudiante en el laboratorio de Kuzum. «Esto puede proporcionar una comprensión más completa de la actividad neuronal en escenarios dinámicos del mundo real».
Diseño y fabricación del implante neural.
La tecnología debe su éxito a varias características de diseño innovadoras: transparencia y alta densidad de electrodos combinadas con métodos de aprendizaje automático.
«Esta nueva generación de electrodos de grafeno transparentes integrados de alta densidad nos permite muestrear la actividad neuronal con mayor resolución espacial», dijo Kuzum.
“De este modo la calidad de las señales mejora considerablemente. Lo que hace que esta tecnología sea aún más notable es la integración de métodos de aprendizaje automático, que pueden predecir la actividad neuronal profunda a partir de señales superficiales.
Este estudio fue un esfuerzo de colaboración entre varios grupos de investigación de UC San Diego. El equipo, dirigido por Kuzum, uno de los líderes mundiales en el desarrollo de interfaces neuronales multimodales, incluye al profesor de nanoingeniería Ertugrul Cubukcu, que se especializa en técnicas avanzadas de micro y nanofabricación para materiales basados en grafeno; el profesor de ingeniería eléctrica e informática Vikash Gilja, cuyo laboratorio integra conocimientos de dominios específicos de los campos de la neurociencia fundamental, el procesamiento de señales y el aprendizaje automático para decodificar señales neuronales; y el profesor de neurobiología y neurociencia Takaki Komiyama, cuyo laboratorio se centra en estudiar los mecanismos de los circuitos neuronales que subyacen a los comportamientos flexibles.
La transparencia es una de las características clave de este implante neuronal. Los implantes tradicionales utilizan materiales metálicos opacos para sus electrodos y cables, que bloquean la visión de las neuronas debajo de los electrodos durante los experimentos de imágenes. Por el contrario, un implante hecho de grafeno es transparente, lo que proporciona un campo de visión completamente libre bajo el microscopio durante los experimentos de imágenes.
«La integración perfecta del registro de señales eléctricas y de imágenes ópticas de la actividad neuronal al mismo tiempo sólo es posible con esta tecnología», afirmó Kuzum.
«Poder realizar ambos experimentos al mismo tiempo nos proporciona datos más relevantes, porque podemos ver cómo los experimentos de imágenes se acoplan en el tiempo a los registros eléctricos».
Para que el implante fuera completamente transparente, los investigadores utilizaron cables de grafeno muy finos y largos en lugar de los tradicionales cables metálicos para conectar los electrodos a la placa de circuito. Sin embargo, hacer una sola capa de grafeno en forma de un cable largo y delgado es un desafío porque cualquier defecto hará que el cable no funcione, explicó Ramezani.
«Puede haber un espacio en el cable de grafeno que impide que la señal eléctrica fluya, por lo que terminas con un cable roto».
Los investigadores resolvieron este problema utilizando una técnica inteligente. En lugar de hacer los cables como una sola capa de grafeno, los hicieron como una doble capa dopada con ácido nítrico en el medio.
«Al superponer dos capas de grafeno, existe una alta probabilidad de que los defectos en una capa queden enmascarados por la otra capa, asegurando la creación de cables de grafeno largos, delgados y completamente funcionales con una conductividad mejorada», dijo Ramezani.
Según los investigadores, este estudio demuestra el conjunto más densamente empaquetado de electrodos transparentes en un implante neural montado en superficie hasta la fecha. Para lograr una alta densidad, fue necesario fabricar electrodos de grafeno extremadamente pequeños.
Esto representó un desafío considerable, porque al disminuir el tamaño de los electrodos de grafeno aumenta su impedancia, lo que impide el flujo de corriente eléctrica necesaria para registrar la actividad neuronal.
Para superar este obstáculo, los investigadores utilizaron una técnica de microfabricación desarrollada por el laboratorio de Kuzum que consiste en depositar nanopartículas de platino sobre electrodos de grafeno. Este enfoque mejoró significativamente el flujo de electrones a través de los electrodos, manteniéndolos pequeños y transparentes.
Próximas etapas
Luego, el equipo se centrará en probar la tecnología en diferentes modelos animales, con el objetivo final de su traducción humana en el futuro.
El grupo de investigación de Kuzum también se dedica a utilizar la tecnología para avanzar en la investigación de neurociencia básica. Con esto en mente, comparten tecnología con laboratorios de Estados Unidos y Europa, contribuyendo a una variedad de estudios que van desde comprender cómo se acopla la actividad vascular a la actividad eléctrica en el cerebro hasta estudiar cómo las células colocadas en el cerebro son tan efectivas para crear memoria espacial. .
Para que esta tecnología esté más disponible, el equipo de Kuzum solicitó una subvención de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) para financiar esfuerzos para aumentar la producción y facilitar su adopción por parte de investigadores de todo el mundo.
«Esta tecnología se puede utilizar para muchas investigaciones de neurociencia básica y esperamos hacer nuestra parte para acelerar el progreso hacia una mejor comprensión del cerebro humano», dijo Kuzum.
Fondos: This research was supported by the Office of Naval Research (N000142012405, N000142312163, and N000141912545), the National Science Foundation (ECCS-2024776, ECCS-1752241, and ECCS-1734940), and the National Institutes of Health (R21 EY029466, R21 EB026180 , DP 2EB030992, R01 NS091010A, R01 EY025349, R01 DC014690, R21 NS109722 AND P30 EY022589), Pew Charitable Trusts y David and Lucile Packard Foundation. Este trabajo se realizó en parte en la Infraestructura de Nanotecnología de San Diego (SDNI) en UC San Diego, miembro de la Infraestructura Cooperativa Nacional de Nanotecnología, con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias (subvención ECCS-1542148).
Sobre esta noticia de investigación en neurotecnología
Autor: Liezel Labios Fuente: UCSD Contactar: Liezel Labios – UCSD Imagen: La imagen está acreditada a Neuroscience News.
Investigacion original: Los resultados se presentarán en Nanotecnología de la naturaleza
El 5 de julio de 2023, el lanzador Ariane 5 realizó su último vuelo, poniendo así fin a los 27 años de carrera del que fue el primer cohete pesado de Europa. Casi diez meses después, Arianespace vuelve a la plataforma de lanzamiento con su nuevo caballo de batalla avanzado para el transporte pesado: el Ariane 6.
Por primera vez, el núcleo central y los propulsores del Ariane 6 fueron entregados a la plataforma de lanzamiento ELA-4 en Kourou, Guayana Francesa, marcando oficialmente el inicio de la campaña de lanzamiento inaugural.
El miércoles 24 de abril, el núcleo central del cohete, compuesto por el propulsor principal y la etapa superior, fue transportado 800 metros desde el edificio de montaje del lanzador hasta la plataforma ELA-4, donde fue instalado sobre la mesa de lanzamiento mediante una grúa. y con la asistencia de vehículos de guiado automático (AGV).
Durante los dos días siguientes, Arianespace trabajó para entregar los dos propulsores de cohetes de estado sólido P120C del vehículo a la plataforma y luego montarlos en la mesa de lanzamiento a cada lado del núcleo central. Esta es la configuración del Ariane 62 que realizará la primera misión del vehículo.
El primer cohete propulsor sólido Ariane 6 se transporta al sitio de lanzamiento ELA-4 para su integración. (Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Al igual que su predecesor, el Ariane 6 tiene un diseño de dos etapas, propulsado por motores que queman hidrógeno líquido y oxígeno líquido. La primera etapa está equipada con un motor Vulcain 2.1, una versión mejorada del motor Vulcain 2 que volaba en el Ariane 5. La segunda etapa, por su parte, está equipada con un motor Vinci de nuevo diseño, capaz de producir 180 kN de empuje en una aspiradora.
Ariane 6 está configurado para volar con un solo par o dos pares de propulsores de cohetes sólidos P120C, que producen un porcentaje importante del empuje total en el despegue. Cada propulsor contiene 142 toneladas de propulsor sólido y puede generar hasta 4.650 kN de empuje.
La capacidad de carga del Ariane 6 varía según la configuración de vuelo utilizada. La versión Ariane 62 que utiliza dos propulsores es capaz de transportar hasta 10.350 kg a la órbita terrestre baja (LEO) y 4.500 kg a la órbita de transferencia geoestacionaria (GTO), mientras que la variante Ariane 64 con cuatro propulsores puede colocar hasta 21.500 kg en órbita baja. Órbita terrestre (LEO). y 11.500 kg en GTO.
«El lanzamiento del Ariane 6 y la restauración del acceso de Europa al espacio son una prioridad absoluta para la ESA a la hora de reanudar los lanzamientos regulares de cohetes desde el puerto espacial europeo», afirmó el director general de la ESA, Josef Aschbacher. “Juntar las etapas del cohete en la plataforma de lanzamiento marca el inicio de una campaña de lanzamiento y muestra que ya casi llegamos; Pronto veremos esta belleza elevarse hacia el cielo.
El siguiente paso en la campaña inicial del Ariane 6 es acoplar los propulsores P120C al núcleo central, actuando como mecanismo de soporte para la pila de lanzamiento. Una vez ensamblados, los equipos realizarán las conexiones mecánicas y eléctricas necesarias.
Luego, para completar el primer Ariane 6, sólo quedará instalar el carenado con las cargas útiles encapsuladas en su interior. Esto tendrá lugar unas semanas antes de la fecha de lanzamiento prevista.
Estas operaciones de integración de vehículos se llevaron a cabo bajo la jurisdicción primaria de la ESA, con el apoyo de ArianeGroup y la agencia espacial francesa CNES.
«Ver el nuevo lanzador europeo en la plataforma de lanzamiento marca la finalización de años de trabajo en las oficinas de diseño y plantas de producción de ArianeGroup y de todos nuestros socios industriales en Europa», dijo Martin Sion, director ejecutivo de ArianeGroup. “Este evento marca también el inicio de una nueva etapa de la campaña de primeros vuelos, con todos los desafíos y complejidades que esto conlleva. Los miembros de nuestro Space Team Europe están poniendo todo su conocimiento y experiencia para que este primer vuelo sea un completo éxito.
El primer núcleo central de Ariane 6 está a punto de ser integrado. (Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Ariane 6 está diseñado para poder lanzar varias configuraciones de misión. Estas podrían variar desde misiones LEO que involucran constelaciones de satélites hasta misiones Galileo de lanzamiento dual en órbita terrestre media (MEO), lanzamiento único y lanzamiento dual de satélites geosincrónicos/geoestacionarios.
Para su primer lanzamiento, Ariane 6 intentará entregar un conjunto de pequeñas cargas útiles y experimentos a LEO para clientes como la ESA, la NASA, universidades europeas y varias empresas comerciales.
Algunas cargas útiles constan de CubeSats, mientras que otras permanecerán unidas a la etapa superior para documentar la misión. Dos cargas útiles regresarán a la Tierra en forma de cápsulas de reentrada, diseñadas para probar nuevos materiales.
Arianespace y la ESA apuntan actualmente a una ventana entre el 15 de junio y el 31 de julio de 2024 para el primer vuelo de Ariane 6.
“El programa Ariane 6 entra ahora en su recta final antes del vuelo inaugural desde el Puerto Espacial Europeo en la Guayana Francesa. La soberanía europea sobre el acceso al espacio vuelve a ser posible gracias al duro trabajo de los equipos de la ESA, ArianeGroup y CNES”, declaró Philippe Baptiste, director general del CNES. “Me gustaría agradecerles y enviarles mis mejores deseos para las etapas finales. ¡Vamos Ariane 6!
(Imagen principal: El primer núcleo central de Ariane 6 se encuentra dentro del edificio móvil del complejo de lanzamiento ELA-4 en Kourou en preparación para su lanzamiento inaugural. Crédito: ESA/ArianeGroup/CNES)
Los científicos se están centrando en detectar sulfuro de dimetilo (DMS) en su atmósfera.
El Telescopio Espacial James Webb (JWST), el telescopio más potente jamás lanzado, está a punto de comenzar una misión de observación crucial en la búsqueda de vida extraterrestre.
Como se informó Los tiempos, El telescopio enfocará un planeta distante que orbita una estrella enana roja, K2-18b, ubicada a 124 años luz de distancia.
K2-18b ha atraído la atención de los científicos debido a su potencial para albergar vida. Se cree que es un mundo cubierto de océanos que es aproximadamente 2,6 veces más grande que la Tierra.
El elemento clave que buscan los científicos es el sulfuro de dimetilo (DMS), un gas con características fascinantes. Según la NASA, en la Tierra el DMS es “producido únicamente por la vida”, principalmente por el fitoplancton marino.
La presencia de DMS en la atmósfera de K2-18b sería un descubrimiento importante, aunque el Dr. Nikku Madhusudhan, astrofísico principal del estudio en Cambridge, advierte contra sacar conclusiones precipitadas. Aunque los datos preliminares del JWST sugieren una alta probabilidad (más del 50%) de la presencia de DMS, se necesitan más análisis. El telescopio pasará ocho horas observando este viernes, seguidas de meses de procesamiento de datos antes de poder encontrar una respuesta definitiva.
La ausencia de un proceso natural, geológico o químico que se sepa que genera DMS en ausencia de vida añade peso al entusiasmo. Sin embargo, incluso si se confirma, la gran distancia de K2-18b presenta un obstáculo tecnológico. Viajando a la velocidad de la nave espacial Voyager (60.000 kilómetros por hora), una sonda tardaría 2,2 millones de años en llegar al planeta.
A pesar de la inmensa distancia, la capacidad del JWST para analizar la composición química de la atmósfera de un planeta mediante el análisis espectral de la luz de las estrellas que se filtra a través de sus nubes proporciona una nueva ventana al potencial de vida más allá de la Tierra. Esta misión tiene el potencial de responder a la antigua pregunta de si estamos realmente solos en el universo.
Las próximas observaciones también pretenden aclarar la existencia de metano y dióxido de carbono en la atmósfera de K2-18b, resolviendo potencialmente el «problema de metano faltante» que ha desconcertado a los científicos durante más de una década. Si bien continúa el trabajo teórico sobre las fuentes no biológicas del gas, se esperan conclusiones definitivas dentro de cuatro a seis meses.
Los astronautas del primer Starliner completan el ensayo general antes del lanzamiento el 6 de mayo.
Los astronautas de la NASA Butch Wilmore y Suni Williams completaron un importante ensayo general antes de su histórico lanzamiento en Boeing Starliner no antes del 6 de mayo, anunciaron funcionarios de la agencia el viernes 26 de abril, horas después de que terminara el ensayo.
«Wilmore y Williams completaron una serie de pasos el día del lanzamiento, incluido vestirse, trabajar en un simulador de cabina y utilizar el mismo software que se utilizará durante el lanzamiento», añadió. Los funcionarios de la NASA escribieron en una publicación de blog el viernes 26 de abril.
El ensayo tuvo lugar en el Centro Espacial Kennedy de la NASA en Orlando, Florida, e incluyó un procedimiento de cuenta atrás con la nave espacial Starliner, que se encuentra encima del cohete Atlas V de United Launch Alliance que lo llevará a la Estación Espacial Internacional (ISS).
La prueba de vuelo tripulada de una semana de duración completó con éxito su revisión final de preparación para el vuelo con la NASA el jueves 25 de abril. CFT, la primera misión Starliner con astronautas, tiene como objetivo certificar la nave espacial para misiones de seis meses a la ISS que podrían comenzar ya en 2025. Lea más sobre el lanzamiento de Starliner aquí en Space.com.
Los astronautas de Starliner llegan al sitio de lanzamiento
Los astronautas de la prueba de vuelo de la tripulación de Boeing Butch Wilmore (izquierda) y Suni Williams, ambos de la NASA, llegan al Centro Espacial Kennedy de la agencia en Florida el 25 de abril a bordo de un avión T-38 antes de su lanzamiento. (Crédito de la imagen: NASA)
Los dos astronautas de la NASA que volarán a bordo de la primera nave espacial Starliner tripulada de Boeing han llegado al Centro Espacial Kennedy en Florida para preparar su histórico lanzamiento a la Estación Espacial Internacional el próximo 6 de mayo.
El comandante de pruebas de vuelo de la tripulación del Boeing Starliner, Butch Wilmore, y la piloto Sunita Williams aterrizaron su avión supersónico T-38 de la NASA en el Centro de Lanzamiento y Aterrizaje del centro espacial después de un corto vuelo desde Ellington Field en Houston, cerca del Centro Espacial Johnson.
Los astronautas se lanzarán a la ISS a bordo del Starliner de Boeing y un cohete Atlas V desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 en la Estación Espacial de Cabo Cañaveral, cerca de KSC. Su misión de una semana a la ISS es un crucero de prueba final para que el Starliner de Boeing demuestre que está listo para los vuelos operativos de la tripulación de la NASA. Al final de la misión, Starliner se lanzará en paracaídas a la Tierra y aterrizará en el suroeste de Estados Unidos.
