ตาข่ายสมอง 3 มิติ ได้รับแรงบันดาลใจจากศิลปะการพับและตัดกระดาษ "คิริกามิ" (Kirigami) ของญี่ปุ่น เพื่อนำไปใช้รักษาผู้ป่วยโรคสมอง ทดแทนการฝังชิปแบบเดิม แต่เป็นตาข่ายที่มีความยืดหยุ่นและช่วยโอบอุ้มสมองไม่ให้บอบช้ำ

ทีมนักวิทยาศาสตร์จีนพัฒนา "ตาข่ายสมอง 3 มิติ" ไมโครอิเล็กโทรดแบบยืดหยุ่นที่ได้รับแรงบันดาลใจจากศิลปะการพับและตัดกระดาษญี่ปุ่น นวัตกรรมนี้ช่วยให้การเชื่อมต่อสมองกับคอมพิวเตอร์ให้มีความปลอดภัยและอ่อนโยนต่อเนื้อเยื่อมากขึ้น เปิดประตูสู่การรักษาโรคทางระบบประสาทที่มีประสิทธิภาพโดยลดความบอบช้ำแก่ร่างกาย

จากศิลปะพับกระดาษสู่การรักษาสมอง

งานวิจัยของกลุ่มนักวิจัยจีนนี้ ได้รับการตีพิมพ์ในวารสารวิชาการด้านอิเล็กทรอนิกส์ Nature Electronics โดยระบุถึงการแก้โจทย์ใหญ่ของวงการแพทย์ในปัจจุบัน นั่นคือความท้าทายในการพัฒนาอุปกรณ์เชื่อมต่อสมองที่สามารถทำงานได้ในระยะยาวโดยไม่เกิดการเคลื่อนที่หรือทำลายเนื้อเยื่อ

นวัตกรรมดังกล่าวได้หยิบยกแนวคิดมาจากศิลปะการพับและตัดกระดาษ "คิริกามิ" (Kirigami) ให้เป็นรูปทรงสามมิติที่ซับซ้อน มาประยุกต์ใช้ในการสร้างโครงข่ายอิเล็กโทรดที่มีความยืดหยุ่นและสามารถ "เคลื่อนไหวไปพร้อมกับสมอง" ได้อย่างอิสระ แตกต่างจากอุปกรณ์ฝังสมองแบบเดิมที่มีลักษณะแข็งและมักก่อให้เกิดการอักเสบกับเนื้อเยื่อ

Kirigami ศิลปะการตัดกระดาษโบราณของญี่ปุ่น Credit : newsbytesapp

แก้ปัญหาอุปกรณ์แบบฝังเคลื่อนผิดตำแหน่ง

ปัญหาหลักของการเชื่อมต่อสมอง คือการที่อิเล็กโทรดมักจะเคลื่อนที่ออกจากตำแหน่งเดิมเมื่อสมองมีการขยับหรือขยายตัวตามจังหวะชีพจร แต่อุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นใหม่นี้ถูกออกแบบมาให้เป็นโครงข่ายตาข่ายที่สามารถคลี่ตัวและยืดหยุ่นได้เหมือนสปริง ทำให้มันสามารถ "ลอยตัว" และปรับตัวเข้ากับรูปทรงที่ซับซ้อนของเนื้อเยื่อสมองได้ตลอดเวลา

ทีมวิจัยพบว่าตาข่ายแบบคิริกามินี้ช่วยให้อุปกรณ์แนบสนิทกับผิวสมองได้ดีขึ้น ส่งผลให้การบันทึกสัญญาณประสาทมีความเสถียรและแม่นยำสูง แม้จะมีการเคลื่อนไหวของร่างกายก็ตาม

ความยืดหยุ่น นุ่มนวล ลดความบอบช้ำ

จากการทดสอบพบว่าอุปกรณ์ไมโครอิเล็กโทรดรุ่นใหม่นี้สามารถบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทได้พร้อมกันหลายร้อยเซลล์ โดยไม่ส่งผลกระทบเชิงลบต่อเนื้อเยื่อรอบข้างอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากวัสดุมีความนุ่มและเบามาก ทำให้สมองไม่มองว่าเป็นสิ่งแปลกปลอมที่ต้องกำจัดทิ้ง ลดโอกาสการเกิดรอยแผลเป็นในเนื้อสมอง ซึ่งเป็นอุปสรรคสำคัญในการรักษาระยะยาว นวัตกรรมนี้จึงช่วยลดการรบกวนระบบชีวภาพของร่างกายให้น้อยที่สุด

ก้าวใหม่ของอินเทอร์เฟซสมองและคอมพิวเตอร์

ในมิติของเทคโนโลยีอินเทอร์เฟซสมองกับคอมพิวเตอร์ (Brain-Computer Interface: BCI) อุปกรณ์ชิ้นนี้ช่วยทลายข้อจำกัดเดิมที่ต้องการพื้นที่การตรวจวัดขนาดใหญ่ อุปกรณ์ตาข่ายนี้ได้รวบรวมข้อมูลสัญญาณประสาทได้กว้างและลึกขึ้น แต่ใช้พื้นที่ในการผ่าตัดติดตั้งน้อยลง ประโยชน์ที่เห็นได้ชัดคือการช่วยให้ผู้ป่วยที่เป็นอัมพาตหรือผู้สูญเสียการควบคุมกล้ามเนื้อสามารถสั่งการคอมพิวเตอร์หรือแขนกลให้ทำงานตามความคิดได้แม่นยำขึ้น ความเสถียรของสัญญาณที่ได้จากตาข่าย 3 มิตินี้ยังช่วยให้การประมวลผลข้อมูลของระบบปัญญาประดิษฐ์ (AI) ทำงานได้ง่ายและรวดเร็วกว่าอุปกรณ์รุ่นก่อน ๆ

ตาข่ายสมอง 3 มิติ ได้แรงบันดาลใจจากพับและตัดกระดาษ

การนำไปรักษาผู้ป่วยโรคสมอง

ในอนาคตอันใกล้ เทคโนโลยีนี้ถูกวางตัวให้เป็นเครื่องมือหลักในการรักษาโรคสมองเสื่อม พาร์กินสัน และโรคลมชัก โดยเฉพาะในเคสที่ต้องการการวินิจฉัยตำแหน่งที่เกิดปัญหาได้อย่างจำเพาะเจาะจง ด้วยความสามารถในการพับอุปกรณ์ให้มีขนาดเล็กและใส่ผ่านท่อจิ๋วได้ ทำให้ลดความเสี่ยงในการเปิดกะโหลกเป็นวงกว้าง ช่วยให้ผู้ป่วยฟื้นตัวไวและลดค่าใช้จ่ายในการดูแลรักษา

นวัตกรรมชิ้นนี้ จึงไม่ได้เป็นเพียงความสำเร็จทางวิศวกรรม แต่คือความหวังในการคืนคุณภาพชีวิตที่ดีให้แก่ผู้ป่วยทั่วโลกด้วยความอ่อนโยนของศิลปะได้อย่างแม่นยำ

ความสำเร็จในการพัฒนาตาข่ายสมอง 3 มิติจากแรงบันดาลใจของศิลปะพับกระดาษ ได้สะท้อนให้เห็นว่านวัตกรรมที่ยิ่งใหญ่อาจเริ่มมาจากสิ่งใกล้ตัว การเปลี่ยนแนวคิดจากการใช้อุปกรณ์แข็งมาสู่โครงสร้างที่ยืดหยุ่นตามธรรมชาติของมนุษย์ ไม่เพียงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการรักษาโรคสมองที่ซับซ้อนด้วยเทคโนโลยีเท่านั้น แต่ยังเน้นย้ำถึงความปลอดภัยของผู้ป่วยเป็นสำคัญ

เรียบเรียงโดย ขนิษฐา จันทร์ทร

ที่มาข้อมูล: interestingengineering, newsbytesapp, scmp
ที่มาภาพ: scmp

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

จากศิลปะพับกระดาษสู่ "ตาข่ายสมอง 3 มิติ" ช่วยรักษาผู้ป่วยโรคสมอง