Mikroiğneli elektrot teknolojisi, veri kalitesini önemli ölçüde artırarak beyin bilimi araştırmalarında yeni bir çığır açıyor.
Beyin bilimi, kafatası açılmadığında bile karmaşık ve hassas süreçler içerebilir. Yaygın olarak kullanılan non-invaziv (girişimsel olmayan) tekniklerden biri olan elektroensefalografi (EEG), beyindeki elektriksel aktiviteyi kafa derisi üzerinden okur.
Ancak birçok geleneksel EEG kurulumu; iletken jel kullanımı, karmaşık elektrot ve kablo ağları gerektirir. Bu durum, özellikle kişi başını hareket ettirdiğinde “hareket artefaktları” olarak adlandırılan gürültülü verilere yol açarak sinyal kalitesini düşürür.
Mikroiğneli Elektrot Teknolojisi
Geleneksel EEG yöntemlerinin getirdiği bu zorluklara karşı Georgia Tech ve Güney Kore’deki çeşitli üniversitelerden bir araştırma ekibi, zarif ve temiz bir çözümle sahneye çıktı: Genişliği bir milimetreden daha az olan minik bir elektrot. Bu yenilikçi cihaz, saç kökleri (folikülleri) arasına, kafa derisine hafifçe bastırılarak yerleştirilebiliyor. Cihazın sabitlenmesini, beş adet minyatür iletken sivri uç veya diğer adıyla mikroiğne sağlıyor.
Bu mikroiğneler, cildin büyük ölçüde yağ ve ölü deri hücrelerinden oluşan en dış katmanına (stratum corneum) nüfuz edecek kadar uzunlukta tasarlanmış olup, bu sayede daha temiz ve doğrudan elektriksel sinyal alımına olanak tanıyor. Araştırmacılar, geliştirdikleri bu cihazı ve performans gösterimlerini, Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde bu hafta yayımlanan bir makalede detaylıca tanımladılar.
Geliştirilmiş Veri Kalitesi ve Azaltılmış Hareket Kaynaklı Gürültü
Cihazın küçük boyutları ve düşük kütlesi, daha az hareket artefaktı üretme gibi ek bir avantaja sahip. Geleneksel elektrotların aksine, baş hareketlerinden kaynaklanan sinyal bozulmaları minimuma indiriliyor. Elektrot kabloları, küçük bir kablosuz vericiye bağlanabiliyor, bu da sistemin genel hacmini daha da azaltıyor ve ek kablolamadan kaynaklanabilecek potansiyel komplikasyonları ortadan kaldırıyor.
Araştırmacılar, bu sensörün performansını bir beyin-bilgisayar arayüzü (BBA – Brain-Computer Interface, BCI) uygulamasında sergilediler: Katılımcılar, koşu bandında yürürken veya hafif tempo koşarken ve merdiven inip çıkarken, artırılmış gerçeklik (AG – Augmented Reality, AR) başlığı üzerindeki bir video görüşmesini beyin sinyalleriyle kontrol ettiler. Testlerde, cihazın kafa derisine uygulandıktan 12 saat sonra bile yüksek performans gösterdiği gözlemlendi. Bu süre, karşılaştırıldığı geleneksel EEG cihazlarının tipik performans süresinden belirgin şekilde daha uzundu.
Yeni Elektrodun Geniş Yelpazedeki Potansiyel Uygulama Alanları
Michigan Üniversitesi’nden, bu yeni araştırmada yer almayan mühendis Jane Huggins, “Bu heyecan verici bir ilk adım,” diyor. Huggins, özellikle serebral palsi gibi kontrolsüz hareketlere neden olabilen fiziksel engelleri olan bireyler için BBA’lar üzerine çalışıyor. Huggins’e göre, eğer bu yeni elektrotlar farklı saç tipleri, terleme, baş dayama yastıkları ve diğer cihazlardan kaynaklanan elektriksel gürültü gibi pratik sorunlara iyi yanıt verirse, bu hastalar için bir iletişim cihazı olarak gelecekte iyi bir seçenek olabilir.
Sensörü geliştiren ekip, teknolojinin çok yönlü potansiyelini vurguluyor. Olası uygulamalar arasında uyku çalışmaları/araştırmaları ve genel sağlık takibi/izlemesi gibi alanlar bulunuyor. Georgia Tech’ten çalışmanın ortak yazarı mühendis Hong Yeo, “Uzmanlar veya araştırmacılar herhangi bir beyin sinyaline bakma ihtiyacı duyduklarında, bizim cihazımızı bağlayabilirler,” diyor ve ekliyor: “Kullanımı kolay, giyilebilir ve kablosuz.” Yeo, yıllardır EEG kurulumlarını daha taşınabilir ve günlük hayatta kullanımı daha kolay hale getirmek için çalışmalar yürütüyor.
Günümüzde uzmanlar, hareket artefaktlarıyla başa çıkmak için, yedeklilik (redundancy) amacıyla gereğinden fazla sayıda elektrot takma yoluna gidebiliyorlar; bu da hem zahmetli hem de zaman alıcı olabiliyor. Diğer araştırmacılar ise gürültüyü ortadan kaldırmak için hesaplamalı yöntemler de dahil olmak üzere çeşitli yolları araştırdılar. Nitekim 2024 tarihli bir çalışma, birçok hareket artefaktından bağlantı kablolarının ve değişen cilt temasının sorumlu olduğunu öne sürmüştü. Yeni mikroiğneli, kablosuz yaklaşım bu sorunları temelden çözme potansiyeli taşıyor.
Tasarım Felsefesi ve İleri Teknoloji Üretim Süreci
Yeni elektrot, kısmen maliyetleri kontrol altında tutma hedefiyle tasarlandı. Örneğin, yalnızca malzeme özelliklerine bakıldığında, mikroiğnelerin kaplanması için altın iyi bir seçenek olabilirdi; ancak altın, mevcut tasarımda kullanılan iletken polimer kaplamaya kıyasla caydırıcı derecede pahalıdır.
British Columbia Üniversitesi’nden, araştırmada yer almayan mühendis Boris Stoeber, yeni sensörün “farklı teknoloji parçalarının ilginç bir kombinasyonu” olduğunu belirtiyor.
Cihazın üretim adımları şunları içeriyor:
- Bir mikroiğne kalıbının vakum altında diş hekimliğinde kullanılan kompozit reçine ile doldurulması.
- Sensörün ultraviyole (UV) ışık ile sertleştirilmesi (kürlenmesi).
- Lazer kesim ile haç (çarpı) şeklinde form verilmesi.
- Mikroiğnelerin daha sonra yüksek iletkenliğe sahip bir polimer ile kaplanması ve ısıl işlemden geçirilmesi.
- Çift katmanlı bağlantı telinin, bakır folyo ve poliimid filmden, yazarların “serpentine” (yılanvari/kıvrımlı) olarak tanımladığı eğimli bir formda lazerle kesilmesi.
Genellikle ilaç salınımı/verilmesi üzerine mikroiğne tasarımı ve üretimi konusunda 25 yıllık deneyime sahip olan Stoeber, bu süreçlerin çoğunun ölçeklenebilir göründüğünü ifade ediyor. Ancak, iletken polimer kaplama işleminin alışılmadık (konvansiyonel olmayan) göründüğünü de ekliyor.
Gelecek Çalışmalar, Sınırlılıklar ve Ticarileşme Perspektifi
Bu ilk çalışma sadece altı katılımcı içeriyordu ve cihazın güvenliği, etkinliği ve işlevselliği hakkında öğrenilecek daha çok şey var. Örneğin, araştırmacıların cihazın farklı saç kalitelerine veya mikroiğnelere karşı hassasiyeti olan kişilerde nasıl performans gösterdiğini araştırması gerekiyor. Ayrıca, terlemenin, kullanılan şampuanların veya saç ürünlerinin uzun süreli etkileri de incelenmeli.
Belirli uygulamalar için pratik engeller de olabilir. Örneğin, makalede tarif edilen BBA testlerinde olduğu gibi sensör başın arka kısmına uygulanıyorsa, cihazın kafa derisine doğru şekilde takıldığından emin olmak için ikinci bir kişiye ihtiyaç duyulabilir.
Ticarileşme üzerinde çalışan Yeo, “Tam olarak pazarı ve uygulamaları belirlememiz gerekiyor,” diyor. Yeo, önerilere açık olduğunu çünkü cihazın “kendisinin hiç düşünmediği birçok uygulama için faydalı olabileceğini” belirtiyor.
Haber Kaynağı: SPECTRUM IEEE
RASTGELE TEKNİK İÇERİK İÇİN TIKLAYIN!
İlginizi Çekebilecek Teknik Hesaplar
Kompanzasyon Hesabı
Aydınlatma Hesabı
Yüksek Gerilim İşletme Sorumluluğu Ücreti Hesabı
Sosyal medyada teknik bilgilere maruz kalmak için:
YouTube – Instagram
