Этот мозговой имплантат меньше рисового зернышка
Современные нейронные имплантаты меньше, чем когда-либо, но часто остаются громоздкими и склонными к осложнениям. По мнению исследователей из Корнеллского университета, новая разработка, подробно описанная на этой неделе в журнале Nature Electronics, может предложить новый путь развития мозговых имплантатов. Микроскопический оптоэлектронный бесконтактный электрод (или пылинка), который может поместиться на рисовом зернышке, значительно меньше аналогичных имплантатов, и его конструкция может быть адаптирована для работы в других деликатных областях тела.
“Что касается мы знаем, что это самый маленький нейронный имплантат, который будет измерять электрическую активность в мозге, а затем передавать данные по беспроводной сети”, — говорится в заявлении инженера-электрика и соавтора исследования Алеши Мольнара. Размер пылинки составляет всего 300 микрон в длину и 70 микрон в ширину, или примерно с толщину человеческого волоса. Он работает путем кодирования нейронных сигналов в виде небольших импульсов инфракрасного света, прежде чем безопасно передать информацию через ткани мозга и кости получателю. Хотя Мольнар впервые представил себе раннюю версию MOTE в 2001 году, прошло более двух десятилетий, прежде чем проект по-настоящему сдвинулся с мертвой точки. Он и его коллеги разработали имплантат на основе полупроводникового диода, изготовленного из арсенида алюминия-галлия. Этот материал позволяет ему собирать световую энергию для питания, а также излучать свет для передачи данных. Диод поддерживается малошумящим усилителем и оптическим энкодером, использующими те же принципы передачи, что и в стандартных микрочипах. Передача данных осуществляется с помощью импульсной позиционной модуляции – той же технологии, что используется во многих системах спутниковой оптической связи.
“Мы можем использовать очень, очень мало энергии для связи и при этом успешно передавать данные оптическим способом”. объяснил Мольнар.
Сначала команда протестировала MOTE на выращенных в лаборатории клеточных культурах, а затем перешла к мышам. Для проведения испытаний они имплантировали устройство в бочкообразную кору головного мозга грызунов, область мозга, которая эволюционировала для обработки сенсорной информации, поступающей от усов. Более года MOTE надежно фиксировал всплески нейронной активности наряду с более широкой синаптической активностью как у активных, так и у здоровых мышей. Одним из основных недостатков большинства современных мозговых имплантатов является то, что они не могут функционировать, когда пациент подвергается электрическому мониторингу, как во время МРТ. Однако MOTE изготовлен из материалов, которые позволяют полностью обойти эту проблему. Его беспроводные возможности также решают еще одну проблему, с которой часто сталкиваются имплантанты.
“Одной из причин этого является то, что традиционные электроды и оптические волокна могут раздражать мозг. Ткань перемещается вокруг имплантата и может вызвать иммунный ответ”, — сказал Мольнар. “Наша цель состояла в том, чтобы сделать устройство достаточно компактным, чтобы свести к минимуму помехи, но при этом фиксировать мозговую активность быстрее, чем системы визуализации, и без необходимости генетической модификации нейронов для получения изображений”.
Результаты выходят за рамки мониторинга мозга. Команда Мольнара уверена, что конструкция, лежащая в основе MOTE, позволит адаптировать его к другим тканям, даже к таким чувствительным областям, как спинной мозг. Он также может найти применение, если будет встроен в искусственные черепные пластины. »Наша технология обеспечивает основу для получения доступа к широкому спектру физиологических сигналов с помощью небольших и непривязанных приборов, имплантируемых в течение длительного времени», — заключили авторы исследования. что этот мозговой имплантат меньше рисового зернышка, появилось впервые в журнале Popular Science.
Другие статьи: