NeuroWorm: อิเล็กโทรดฝังสมองของจีน เส้นบางกว่าเส้นผม เคลื่อนที่ในสมองด้วยแม่เหล็ก

ทีมนักวิจัยจีนนำโดยสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น (SIAT) สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์จีน ร่วมกับมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น และมหาวิทยาลัยตงหวัว ได้พัฒนาอิเล็กโทรดฝังสมองแบบยืดหยุ่นที่ชื่อว่า NeuroWorm ซึ่งนุ่มเหมือนเนื้อเยื่อสมองและมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 196 ไมครอน บางกว่าเส้นผมมนุษย์ นับเป็นอิเล็กโทรดชนิด 'เคลื่อนที่ได้' ตัวแรกของโลก ที่สามารถควบคุมทิศทางด้วยสนามแม่เหล็กได้หลังจากฝังเข้าไปในสมองแล้ว และสร้างสถิติอายุการใช้งานยาวนานเป็นประวัติการณ์ในการทดลองในสัตว์

NeuroWorm แตกต่างจากอิเล็กโทรดสมองแบบเดิมอย่างไร?

อิเล็กโทรดฝังสมองแบบดั้งเดิมมักมีลักษณะแข็ง ติดอยู่กับที่ และมักก่อให้เกิดการอักเสบเรื้อรัง รวมถึงสัญญาณเสื่อมลงเมื่ออิเล็กโทรดแข็งเสียดสีกับเนื้อเยื่อสมองที่อ่อนนุ่ม แต่ NeuroWorm เปลี่ยนแนวคิดนี้ไปอย่างสิ้นเชิง

อุปกรณ์นี้เป็นเส้นใยขนาดเล็กที่อ่อนนุ่มและยืดหยุ่นได้ เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 196 ไมครอน บางกว่าเส้นผมมนุษย์ โดยภายในเส้นใยเดี่ยวนี้สามารถบรรจุช่องสัญญาณอิเล็กโทรดอิสระได้มากถึง 60 ช่องตลอดความยาว จุดเด่นสำคัญคือการติดตั้งหัวแม่เหล็กขนาดเล็กไว้ที่ปลายด้านหนึ่ง ทำให้สามารถใช้สนามแม่เหล็กภายนอกควบคุมทิศทางของอิเล็กโทรดให้ 'เคลื่อนที่' ภายในสมองได้ ถือเป็น 'อิเล็กโทรดแบบไดนามิก' รูปแบบใหม่ที่แตกต่างจากอิเล็กโทรดฝังตายตัวแบบเดิมโดยสิ้นเชิง

แรงบันดาลใจในการออกแบบมาจากการเคลื่อนไหวที่ยืดหยุ่นและลำตัวเป็นปล้องของไส้เดือน NeuroWorm สามารถเลื่อน เปลี่ยนทิศทาง และเปลี่ยนเป้าหมายการตรวจวัดภายในสมองได้หลังการฝัง ซึ่งเป็นความสามารถที่ไม่เคยมีมาก่อน

ผลลัพธ์สำคัญในการทดลองในสัตว์

ในการทดลองในสัตว์ NeuroWorm สามารถบันทึกกิจกรรมของเซลล์ประสาทได้คุณภาพสูง ด้วยความคมชัดในระยะยาวอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน และทำงานได้อย่างปลอดภัยนานถึง 18 เดือน โดยประสิทธิภาพไม่ลดลงเลย ซึ่งยาวนานกว่าอิเล็กโทรดฝังสมองส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในปัจจุบันอย่างมาก เพราะอุปกรณ์ทั่วไปมักเสื่อมสภาพภายในไม่กี่เดือนเนื่องจากการอักเสบของเนื้อเยื่อหรือวัสดุล้มเหลว

นอกจากนี้ NeuroWorm ยังถูกทดสอบ 'เคลื่อนที่' ภายในกะโหลกกระต่าย โดยสามารถเปลี่ยนเป้าหมายการตรวจวัดตามต้องการ และให้การบันทึกสัญญาณไฟฟ้าชีวภาพที่เสถียรจากทั้งเนื้อเยื่อสมองและกล้ามเนื้อ ในการทดลองในเนื้อเยื่อกล้ามเนื้อหนู NeuroWorm ให้การตรวจสอบสัญญาณไฟฟ้าชีวภาพที่เสถียรนานกว่า 43 สัปดาห์ และแม้จะฝังไว้นานถึง 54 สัปดาห์ การเกิดพังผืด (fibroblast encapsulation) รอบเส้นใยก็ยังคง negligible หรือแทบไม่มีนัยสำคัญ

เทคโนโลยีเบื้องหลังความก้าวหน้า

อิเล็กโทรดนี้ผลิตขึ้นโดยการม้วน (rolling) อุปกรณ์ไบโออิเล็กทรอนิกส์แบบ 2 มิติ ให้กลายเป็นเส้นใยขนาดเล็กแบบ 1 มิติ สร้างโครงสร้างที่ encapsulate ตัวเอง โดยมีตำแหน่งอิเล็กโทรดที่เปิดออกเป็นจุดเชื่อมต่อกับเนื้อเยื่อ กระบวนการนี้ช่วยให้สามารถรวมช่องสัญญาณได้ถึง 60 ช่อง ความนุ่มของเส้นใย (ใช้ซับสเตรตสไตรีนเอทิลีนบิวทิลีนสไตรีนหนา 400 นาโนเมตร พร้อมลวดทองคำที่วางเป็นลวดลาย) ทำให้มีคุณสมบัติเชิงกลที่เข้ากันกับเนื้อเยื่อสมอง ซึ่งช่วยขจัดสาเหตุของการอักเสบเรื้อรัง

การบังคับทิศทาง: การนำทางด้วยแม่เหล็ก

นวัตกรรมสำคัญที่ทำให้เคลื่อนที่ได้คือการติดตั้งหัวแม่เหล็กขนาดเล็กที่ปลายอิเล็กโทรด จากนั้นสามารถใช้สนามแม่เหล็กภายนอกบังคับทิศทางเส้นใยผ่านเนื้อเยื่อสมอง ช่วยให้นักวิจัยสามารถกำหนดเป้าหมายประชากรเซลล์ประสาทกลุ่มต่างๆ ได้ โดยไม่ต้องผ่าตัดเพิ่มเติม ความสามารถแบบไดนามิกนี้จะเปิดทางให้ศึกษาในระยะยาวว่ากิจกรรมของเซลล์ประสาทเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลาอย่างไรในสมองส่วนต่างๆ

การตีพิมพ์ผลงานและทีมวิจัย

ผลงานตีพิมพ์ในวารสาร Nature ฉบับวันที่ 17 กันยายน 2025 โดยนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น (SIAT) สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์จีน, มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีขั้นสูงเซินเจิ้น และมหาวิทยาลัยตงหวัว หัวหน้าทีมวิจัยประกอบด้วย ศ. Liu Zhiyuan, ศ. Xu Tiantian, รศ. Han Fei และ ศ. Yan Wei

เหตุใดนวัตกรรมนี้จึงสำคัญสำหรับ Brain-Computer Interfaces?

NeuroWorm แก้ปัญหาสองประการที่ใหญ่ที่สุดของ Brain-Computer Interfaces (BCI) ได้แก่ อายุการใช้งานสั้นของอิเล็กโทรดที่ฝัง และความไม่สามารถบันทึกสัญญาณจากหลายเป้าหมายในสมองได้โดยไม่ต้องใส่หัววัดแข็งหลายอัน ด้วยการทำให้อิเล็กโทรดชิ้นเดียวสามารถเคลื่อนที่ได้แบบไดนามิกและบันทึกสัญญาณได้นานกว่าหนึ่งปี จึงเปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับการศึกษาพลวัตของระบบประสาทในระยะยาว และสำหรับการประยุกต์ใช้ BCI ในอนาคตเพื่อรักษาโรคทางระบบประสาท