Il grafene può essere utilizzato per il Controllo Mentale?
I sensori al grafene leggono le onde neurali a bassa frequenza associate a stati cerebrali distinti. Un impianto biocompatibile basato sul grafene misura e prevede in modo sicuro gli stati cerebrali.
Gli scienziati di Graphene Flagship hanno sviluppato un sensore basato sul grafene CVD che rileva i segnali cerebrali in un’ampia banda di frequenza, da frequenze estremamente basse a oscillazioni ad alta frequenza. Il sensore è biocompatibile e potrebbe essere utilizzato per misurare e prevedere gli stati cerebrali. Inoltre, i sensori di grafene potrebbero essere utilizzati negli impianti cronici grazie alla loro elevata stabilità nel cervello.
Lo studio è stato condotto da scienziati dei partner di Graphene Flagship, l’Istituto catalano di nanoscienze e nanotecnologie (ICN2), l’Istituto di microelettronica di Barcellona (CSIC), CIBER-BBN e ICREA, Spagna, Università Ludwig-Maximilians, Germania e Università di Manchester, Regno Unito, in collaborazione con il partner Flagship Graphene Multi Channel Systems GmbH, Germania.
Il consorzio ha dimostrato che i sensori basati sul grafene garantiscono l’accesso a una regione sfuggente dell’attività cerebrale a bassa frequenza. I metodi attuali per rilevare le onde cerebrali utilizzano elettrodi metallici, che sono inefficaci nel misurare l’attività a frequenza molto bassa, nota come regione “infra-lenta”. Grazie alla sensibilità del grafene, gli scienziati possono ora raccogliere facilmente informazioni da questa regione e dipingere un quadro migliore dell’attività cerebrale degli animali. Questo potrebbe costituire la base per nuovi tipi di tecnologia medica neuroterapeutica.
Utilizzando una tecnologia sviluppata da ICN2 e dall’Istituto di microelettronica di Barcellona, nell’ambito dei progetti europei Graphene Flagship e BrainCom, gli scienziati di Graphene Flagship hanno costruito una serie di transistor che registrano e trasmettono informazioni sull’attività quando impiantati nel cervello. Il sensore ha piccoli canali sulla superficie: quando entrano in contatto con il tessuto cerebrale, i segnali elettrici all’interno del cervello provocano piccoli cambiamenti nella conduttività. Questi cambiamenti producono un segnale e vengono registrati per creare una “impronta digitale” dell’attività cerebrale.
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“Con la nostra gamma di dispositivi, basati sul grafene CVD, possiamo registrare segnali dalla regione infra-lenta con un’accuratezza molto elevata”, spiega Jose Garrido, del partner Graphene Flagship ICN2, Spagna. “Nel cervello, c’è una correlazione tra le frequenze più basse e più alte dell’attività cerebrale, quindi le frequenze più basse tendono a dettare l’aspetto delle frequenze più alte. Abbiamo dimostrato che, misurando l’attività infra-lenta, con frequenze inferiori a un decimo di hertz, possiamo decodificare gli “stati cerebrali” di un animale”. Garrido ritiene che questa tecnologia potrebbe portare a nuovi trattamenti per disturbi cerebrali come l’epilessia, poiché alcuni schemi di segnale caratteristici potrebbero rivelare “stati cerebrali” che potrebbero portare a convulsioni.
Per testare il dispositivo, lo hanno impiantato nel cervello di un topo che si comporta liberamente, monitorandolo continuamente. I segnali sono stati trasmessi in modalità wireless utilizzando un headstage elettronico miniaturizzato sviluppato dal partner industriale Multichannel Systems.
Gli scienziati hanno scoperto che le caratteristiche del segnale misurate durante diversi tipi di attività cerebrale, come durante i periodi di alta attività o durante il sonno – i cosiddetti “stati cerebrali” – erano molto ben correlate ai segnali infra-lenti decodificati dal sistema a base di grafene impiantare.
Inoltre, Kostas Kostarelos e i colleghi del partner Graphene Flagship dell’Università di Manchester, nel Regno Unito, hanno testato la biocompatibilità dei dispositivi. Non hanno riscontrato alcuna infiammazione, oltre a quella prevista dall’impianto del dispositivo, durante l’intera durata di 12 settimane dei loro test e il dispositivo non si è degradato durante questo periodo.
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“È davvero notevole vedere che possiamo identificare e correlare correttamente gli stati cerebrali degli animali con l’attività infra-lenta misurata”, afferma Garrido. Ora, il prossimo passo sarà esplorare le applicazioni commerciali. “Stiamo già collaborando con alcune aziende interessate a questa tecnologia e miriamo a tradurla in un prodotto e, oltre a ciò, a portarla in cliniche e ospedali”, conclude.
Serge Picaud, vice leader del pacchetto di lavoro sulle tecnologie biomediche di Graphene Flagship, commenta: “Le nuove tecnologie sono sempre un vettore per nuove scoperte. In questo caso, i sensori di grafene ci hanno concesso l’accesso alle onde cerebrali infra-lente. La loro registrazione in modelli animali e pazienti dimostrerà se possiamo effettivamente fare affidamento su queste nuove misurazioni per diagnosi precise e opzioni di trattamento in pazienti con gravi malattie cerebrali come l’epilessia”.
Andrea C. Ferrari, Science and Technology Officer del Graphene Flagship e presidente del suo Management panel, aggiunge: “Il Graphene Flagship ha riconosciuto presto il potenziale del grafene e dei materiali stratificati per le applicazioni biologiche. Questo straordinario lavoro ci avvicina alle applicazioni in questo settore, con un nuovo strumento reso possibile dalle proprietà uniche del grafene”.
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