নমনীয় মাইক্রোডিসপ্লে মস্তিষ্কের অস্ত্রোপচারের সময় বাস্তব সময়ে মস্তিষ্কের কার্যকলাপ নিরীক্ষণ করতে পারে

ডিভাইসের প্রতিটি LED হাজার হাজার নিউরনের কার্যকলাপ প্রতিফলিত করে। ইঁদুর এবং বৃহৎ নন-প্রাইমেট স্তন্যপায়ী প্রাণীদের সাথে প্রুফ-অফ-ধারণা পরীক্ষাগুলির একটি সিরিজে, গবেষকরা দেখিয়েছেন যে ডিভাইসটি কার্যকরভাবে ট্র্যাক করতে পারে এবং শরীরের বিভিন্ন অঞ্চলের সাথে সম্পর্কিত মস্তিষ্কে স্নায়বিক কার্যকলাপ প্রদর্শন করতে পারে। এই ক্ষেত্রে, এলইডি টিম সেই এলাকায় লাল আলো তৈরি করেছে যা সার্জন দ্বারা অপসারণ করা দরকার। আশেপাশের এলাকাগুলি যেগুলি গুরুত্বপূর্ণ ফাংশনগুলিকে নিয়ন্ত্রণ করে এবং এড়ানো উচিত সবুজ রঙে দেখানো হয়েছে৷

গবেষণায় আরও দেখানো হয়েছে যে ডিভাইসটি মৃগীরোগের খিঁচুনিকে কল্পনা করতে পারে এবং মস্তিষ্কের পৃষ্ঠ জুড়ে তাদের বিস্তারকে ম্যাপ করতে পারে। এটি ডাক্তারদের মৃগীরোগের সাথে যুক্ত মস্তিষ্কের “নোড” বিচ্ছিন্ন করার অনুমতি দেবে। এটি মস্তিষ্ককে উদ্দীপিত করার জন্য টিস্যু অপসারণ বা বৈদ্যুতিক স্পন্দন ব্যবহার করে ডাক্তারদের প্রয়োজনীয় চিকিত্সা প্রদানের অনুমতি দেয়।

“নিউরোসার্জনরা ছড়িয়ে পড়ার আগে মৃগীরোগের খিঁচুনি দেখতে এবং বন্ধ করতে পারে, মস্তিষ্কের কোন অঞ্চলগুলি বিভিন্ন জ্ঞানীয় প্রক্রিয়ার সাথে জড়িত তা দেখতে পারে এবং টিউমার ছড়িয়ে পড়ার কার্যকরী মাত্রা কল্পনা করতে পারে৷ এই কাজটি তাদের গভীরতম অংশগুলি থেকে টিউমারগুলি অপসারণের কঠিন কাজের একটি উত্তর প্রদান করবে৷ একটি শক্তিশালী হাতিয়ার, অধ্যয়নের সহ-লেখক ড্যানিয়েল ক্লিয়ারি বলেছেন, একজন নিউরোসার্জন এবং ওরেগন হেলথ অ্যান্ড সায়েন্স ইউনিভার্সিটির সহকারী অধ্যাপক এবং ইউসি সান দিয়েগোর একজন আবাসিক এবং পোস্টডক্টরাল ফেলো।

ইউসি সান দিয়েগো এবং ম্যাসাচুসেটস জেনারেল হাসপাতালের (এমজিএইচ) প্রকৌশলী এবং চিকিত্সকদের একটি দল দ্বারা এই যন্ত্রটির ধারণা এবং বিকাশ করা হয়েছিল, যার নেতৃত্বে সংশ্লিষ্ট লেখক শাদি দায়েহ, ইউসি ডিপার্টমেন্ট অফ ইলেকট্রিক্যাল অ্যান্ড কম্পিউটার ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের একজন অধ্যাপক। সান ডিযেগো.দলটি জার্নালের 24 এপ্রিল সংখ্যায় তাদের কাজ বর্ণনা করে সায়েন্স ট্রান্সলেশনাল মেডিসিন.

মস্তিষ্কের অস্ত্রোপচারের সময়, ডাক্তারদের মস্তিষ্কের ফাংশন ম্যাপ করতে হবে তা নির্ধারণ করতে যে অঙ্গের কোন অঞ্চলগুলি কী কী ফাংশন নিয়ন্ত্রণ করে এবং অপসারণ করা যাবে না। বর্তমানে, নিউরোসার্জন অস্ত্রোপচারের সময় ইলেক্ট্রোফিজিওলজিস্টদের একটি দলের সাথে কাজ করেন। কিন্তু দল এবং তার পর্যবেক্ষণ সরঞ্জাম অপারেটিং রুমের একটি ভিন্ন অংশে অবস্থিত। মস্তিষ্কের যে অংশগুলির সুরক্ষার প্রয়োজন হয় এবং যেগুলির জন্য অস্ত্রোপচারের প্রয়োজন হয় সেগুলি হয় কাগজে ইলেক্ট্রোফিজিওলজিস্ট দ্বারা চিহ্নিত করা হয় এবং সার্জনকে দেওয়া হয়, অথবা সেগুলি সার্জনকে মৌখিকভাবে জানানো হয়, যিনি তারপরে চিহ্নিত করার জন্য মস্তিষ্কের পৃষ্ঠে জীবাণুমুক্ত কাগজ রাখেন। এলাকা “উভয়টাই অস্ত্রোপচারের সময় গুরুত্বপূর্ণ তথ্য যোগাযোগের অদক্ষ উপায় এবং এর ফলাফলকে প্রভাবিত করতে পারে,” বলেছেন ম্যাসাচুসেটস জেনারেল হাসপাতালের ডাঃ অ্যাঞ্জেলিক পল্ক, কৌশলটির সহ-লেখক এবং সহ-আবিষ্কারক৷

উপরন্তু, অস্ত্রোপচারের সময় মস্তিষ্কের কার্যকলাপ নিরীক্ষণের জন্য ব্যবহৃত বর্তমান ইলেক্ট্রোডগুলি বিস্তারিত, সূক্ষ্ম-দানাযুক্ত ডেটা তৈরি করতে পারে না। অতএব, সার্জনকে মস্তিষ্কের মধ্যে রিসেক্টেড এলাকার চারপাশে 5 থেকে 7 মিমি (প্রায় 1/4 ইঞ্চি) বাফার রেখে যেতে হবে, যাকে রিসেকশন মার্জিন বলা হয়। এর মানে তারা কিছু ক্ষতিকারক টিস্যু পিছনে ফেলে যেতে পারে। নতুন ডিভাইসটি একটি বিশদ স্তরের অফার করে যা বাফারটিকে এক মিলিমিটারের কম সঙ্কুচিত করে।

“আমরা একটি মস্তিষ্কের মাইক্রোডিসপ্লে উদ্ভাবন করেছি যা সঠিকভাবে ক্রিটিক্যাল কর্টিকাল সীমানা প্রদর্শন করতে পারে এবং একটি সাশ্রয়ী যন্ত্রের সাহায্যে নিউরোসার্জারিকে গাইড করতে পারে যা মস্তিষ্কের ম্যাপিং পদ্ধতির সময়কে সহজ করে এবং কমিয়ে দেয়,” বলেছেন কাগজটির সংশ্লিষ্ট লেখক, এমআইটি, শাদি দায়েহ, এর একজন অধ্যাপক কলেজ ইউসি সান দিয়েগোতে জ্যাকবস স্কুল অফ ইঞ্জিনিয়ারিং থেকে বৈদ্যুতিক এবং কম্পিউটার প্রকৌশলে।

গবেষকরা প্ল্যাটিনাম ন্যানোরোড ইলেক্ট্রোড গ্রিডে (PtNRGrid) এলইডি মাউন্ট করেছেন, দায়েহের ল্যাব থেকে আরেকটি উদ্ভাবন। দায়েহের দল, যেটি 2019 সালে PtNRGrids ব্যবহার করা শুরু করেছিল, মস্তিষ্কের নিউরাল কার্যকলাপ নিরীক্ষণের জন্য হাজার হাজার চ্যানেল ব্যবহার করে মানব মস্তিষ্ক এবং মেরুদণ্ডের কর্ড ম্যাপ করে।তারা নিবন্ধের একটি সিরিজে প্রাথমিক নিরাপত্তা এবং কার্যকারিতা ফলাফল রিপোর্ট সায়েন্স ট্রান্সলেশনাল মেডিসিন 2022 সালের মধ্যে কয়েক ডজন মানুষের বিষয়ে পরীক্ষা চালানো হবে। (নতুন সেন্সর গ্রিড রেকর্ড-ব্রেকিং রেজোলিউশনে মানব মস্তিষ্কের সংকেত রেকর্ড করে, মাইক্রোইলেক্ট্রোড অ্যারে নিরাপদ মেরুদণ্ডের অস্ত্রোপচার সক্ষম করতে পারে) — নিউরালিংক এবং মাঠের অন্যদের থেকে এগিয়ে।

PtNRGrid এছাড়াও ছিদ্র অন্তর্ভুক্ত করে যা ডাক্তারদের ম্যাপিং এবং চিকিত্সার জন্য বৈদ্যুতিক সংকেত সহ মস্তিষ্ককে উদ্দীপিত করার জন্য প্রোব সন্নিবেশ করার অনুমতি দেয়।

এই কিভাবে করবেন

দায়েহ এবং তার দল গ্যালিয়াম নাইট্রাইডে তাদের দক্ষতা ব্যবহার করে অত্যন্ত দক্ষ LED-এর জন্য একটি উত্পাদন প্রযুক্তি বিকাশ করে যা আলো নির্গত করার সময় তাপ তৈরি করে না বা মস্তিষ্কের টিস্যুর ক্ষতি করে না। উপাদানটি নিজেই ক্রোমিস সাবস্ট্রেট প্রযুক্তি নামে একটি সমতল এবং অনমনীয় স্তরে জন্মায়। ইউসি সান দিয়েগোতে দায়েহের দল হাজার হাজার এলইডি একটি নমনীয় ফিল্মে এম্বেড করতে এবং একটি নমনীয় ডিসপ্লে প্যানেলের আকারে সাবস্ট্রেট থেকে ছেড়ে দিতে সক্ষম হয়েছিল। গবেষকরা তখন LED এর পৃষ্ঠে কোয়ান্টাম ডট কালি জমা করতে ইঙ্কজেট প্রিন্টিং ব্যবহার করেন, নীল আলোকে বিভিন্ন রঙে রূপান্তরিত করে। “এর ফলে স্নায়বিক কার্যকলাপের নিদর্শনগুলির একটি সমৃদ্ধ, আরও বিস্তারিত ভিজ্যুয়াল উপস্থাপনা হয়,” দায়েহ বলেন।

“এই গ্যালিয়াম নাইট্রাইড-ভিত্তিক অজৈব মাইক্রো-এলইডিগুলি জৈব এলইডিগুলির চেয়ে উজ্জ্বল এবং আরও শক্তি-দক্ষ এবং অস্ত্রোপচারের আলোর অধীনে স্পষ্ট দৃশ্যমানতা বজায় রাখতে পারে, সম্ভাব্যভাবে সরাসরি সূর্যালোকের উজ্জ্বলতা অতিক্রম করে৷ iEEG মাইক্রোডিসপ্লেগুলি শুধুমাত্র দশ মাইক্রন পুরু এবং ক্যাপচার করতে পারে৷ প্রথম “ব্রেন অ্যাক্টিভিটি হাজার হাজার চ্যানেলে প্রতি সেকেন্ডে 20,000 নমুনা এবং 40 Hz এর ভিডিও হারে কল্পনা করা হয়, যা জটিল অস্ত্রোপচারের হস্তক্ষেপের সময় সুনির্দিষ্ট, রিয়েল-টাইম ডিসপ্লে সক্ষম করে,” ইয়ংবিন টোচো, প্রথম লেখক এবং সহ-আবিষ্কারক বলেছেন৷ . ” পূর্বে ক্যালিফোর্নিয়া ইউনিভার্সিটি, সান দিয়েগোতে দায়েহের গ্রুপের একজন পোস্টডক্টরাল ফেলো এবং এখন উলসান ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ সায়েন্স অ্যান্ড টেকনোলজির একজন সহকারী অধ্যাপক।

মাইক্রোডিসপ্লেগুলির 5 x 5 mm2 এবং 32 x 32 mm2 এর মাত্রা রয়েছে এবং PtNRGrid এর পিছনে স্তরিত 1024 বা 2048 LEDs অন্তর্ভুক্ত। LEDs ছাড়াও, ডিভাইসটিতে অধিগ্রহণ এবং নিয়ন্ত্রণ ইলেকট্রনিক্স এবং সফ্টওয়্যার ড্রাইভার রয়েছে যা সরাসরি মস্তিষ্কের পৃষ্ঠ থেকে কর্টিকাল কার্যকলাপ বিশ্লেষণ এবং পূর্বাভাস দেয়।

“চিত্তাকর্ষকভাবে, মস্তিষ্কের iEEG মাইক্রোডিসপ্লে শুধুমাত্র খুব সূক্ষ্ম বিশদে মস্তিষ্কের কার্যকলাপ রেকর্ড করতে পারে না, তবে অস্ত্রোপচারের সময় নিউরোসার্জনদের দ্বারা ব্যবহারের জন্য সেই কার্যকলাপটিও প্রদর্শন করতে পারে। আমরা আশা করি এই ডিভাইসটি শেষ পর্যন্ত ভুগছেন এমন রোগীদের জন্য উপকারী হবে যা উন্নত ক্লিনিকাল ফলাফলের দিকে পরিচালিত করবে: এটি অস্ত্রোপচারের সময় অন্তর্নিহিত মস্তিষ্কের বিশদ কার্যকলাপ প্রকাশ এবং যোগাযোগ করতে পারে,” বলেছেন অধ্যয়নের সহ-লেখক জিমি ইয়াং, ওহিও স্টেট ইউনিভার্সিটির একজন নিউরোসার্জন এবং সহকারী অধ্যাপক।

পরবর্তী পর্ব

দায়েহের দল একটি স্মার্টফোন স্ক্রিনের সমতুল্য রেজোলিউশন সহ 100,000 LED সমন্বিত একটি মাইক্রোডিসপ্লে তৈরিতে কাজ করছে। এই ডিসপ্লেতে প্রতিটি LED শত শত নিউরনের কার্যকলাপকে প্রতিফলিত করে। এই মস্তিষ্কের মাইক্রোডিসপ্লেগুলির দাম উচ্চ-সম্পন্ন স্মার্টফোনের দামের একটি ভগ্নাংশ।

মস্তিষ্কের মাইক্রোডিসপ্লেতে একটি ভাঁজযোগ্য অংশও অন্তর্ভুক্ত থাকবে। এটি সার্জনদের ভাঁজযোগ্য অংশের মধ্যে অস্ত্রোপচার করতে এবং অস্ত্রোপচারের প্রভাব নিরীক্ষণ করার অনুমতি দেবে, যখন মাইক্রোডিসপ্লের আরেকটি উন্মোচিত অংশ বাস্তব সময়ে মস্তিষ্কের অবস্থা দেখায়।

গবেষকরা গবেষণার একটি সীমাবদ্ধতাও তদন্ত করছেন। LED সেন্সর এবং PtNRGrid-এর মধ্যে ঘনিষ্ঠ দূরত্বের ফলে ডেটাতে সামান্য হস্তক্ষেপ এবং শব্দ হয়। দলটি এলইডি চালু করা ডালের ফ্রিকোয়েন্সি পরিবর্তিত করার জন্য কাস্টম হার্ডওয়্যার তৈরি করার পরিকল্পনা করেছে, যা মস্তিষ্কের বৈদ্যুতিক কার্যকলাপের সাথে সম্পর্কিত নয় এমন সংকেতগুলিকে স্ক্রিন করা সহজ করে তোলে।

এই কাজটি ন্যাশনাল ইনস্টিটিউট অফ হেলথ দ্বারা সমর্থিত ছিল, প্রাথমিকভাবে ডিরেক্টর ডে'স নিউ ইনোভেটর অ্যাওয়ার্ড, নং NIBIB DP2-EB029757, শিরোনামের মাধ্যমে।কার্যকারিতা আলো আনা সম্পর্কিত ম্যাপিং নিউরোসার্জারিএই গবেষণাটি BRAIN® ইনিশিয়েটিভ NIH অনুদান R01NS123655, K99NS119291, UG3NS123723, এবং 5R01NS109553 দ্বারা সমর্থিত ছিল।

মস্তিষ্কের মাইক্রোডিসপ্লেটি ইউসি সান দিয়েগোর কোয়ালকম ইনস্টিটিউটের ন্যানো 3 ক্লিনরুম সুবিধাতে তৈরি করা হয়েছিল এবং ইউসি সান দিয়েগোর ফিউচার সার্জারির কেন্দ্রে বড় স্তন্যপায়ী প্রাণীদের উপর পরীক্ষা করা হয়েছিল।