Nowy bezprzewodowy, wszczepialny chip od NCSU może pomóc w walce z chorobą Alzheimera i Parkinsona

RALEIGH – Naukowcy opracowali chip zasilany bezprzewodowo, który można wszczepić chirurgicznie w celu odczytywania sygnałów neuronowych i stymulowania mózgu zarówno światłem, jak i prądem elektrycznym. Technologię tę pomyślnie wykazano na szczurach i zaprojektowano ją do wykorzystania jako narzędzie badawcze.

„Naszym celem było stworzenie narzędzia badawczego, które pomoże nam lepiej zrozumieć zachowanie różnych obszarów mózgu, szczególnie w odpowiedzi na różne formy stymulacji neuronów” – mówi Yaoyao Jia, autor korespondencyjny artykułu na temat pracy oraz adiunkt inżynierii elektrycznej i komputerowej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. „To narzędzie pomoże nam odpowiedzieć na podstawowe pytania, które mogą następnie utorować drogę postępowi w leczeniu zaburzeń neurologicznych, takich jak choroba Alzheimera czy Parkinsona”.

Nowa technologia ma dwie cechy, które odróżniają ją od poprzedniego stanu techniki.

Po pierwsze, jest w pełni bezprzewodowy. Naukowcy mogą zasilać chip o wymiarach 5 × 3 mm2, który ma zintegrowaną cewkę odbiornika mocy, poprzez przyłożenie pola elektromagnetycznego. Na przykład podczas testów, które naukowcy przeprowadzili na szczurach laboratoryjnych, pole elektromagnetyczne otaczało klatkę każdego szczura, dzięki czemu urządzenie było w pełni zasilane niezależnie od tego, co szczur robił. Chip może także wysyłać i odbierać informacje bezprzewodowo.

Drugą cechą jest to, że chip jest trójmodalny, co oznacza, że może wykonywać trzy zadania.

Obecne, najnowocześniejsze chipy interfejsu neuronowego tego rodzaju mogą robić dwie rzeczy: mogą odczytywać sygnały neuronowe w wybranych obszarach mózgu, wykrywając zmiany elektryczne w tych obszarach; i mogą stymulować mózg poprzez wprowadzenie niewielkiego prądu elektrycznego do tkanki mózgowej.

Nowy chip może spełniać obie te funkcje, ale może także oświetlać tkankę mózgową – jest to funkcja zwana stymulacją optyczną. Aby jednak stymulacja optyczna zadziałała, należy najpierw zmodyfikować genetycznie wybrane neurony, aby reagowały na określone długości fal światła.

„Kiedy stosujesz stymulację elektryczną, masz niewielką kontrolę nad tym, dokąd płynie prąd elektryczny” – mówi Jia. „Ale dzięki stymulacji optycznej możesz być znacznie bardziej precyzyjny, ponieważ zmodyfikowałeś tylko te neurony, na które chcesz namierzyć, aby uczynić je wrażliwymi na światło. Jest to aktywna dziedzina badań w dziedzinie neurologii, jednak brakowało w tej dziedzinie narzędzi elektronicznych niezbędnych do dalszego rozwoju. I tu właśnie pojawia się ta praca.”

Innymi słowy, pomagając badaczom (dosłownie) rzucić światło na tkankę nerwową, nowy chip pomoże im (w przenośni) rzucić światło na działanie mózgu.

Papier, "Trimodalny bezprzewodowy wszczepialny system interfejsu neuronowego na chipie” – ukazuje się w czasopiśmie Transakcje IEEE dotyczące obwodów i systemów biomedycznych. Współautorem artykułu jest Ulkuhan Guler z Worcester Polytechnic Institute; Yen-Pang Lai z Georgia Tech; Yan Gong, Arthur Weber i Wen Li z Michigan State University; i Maysam Ghovanloo z Bionic Sciences Inc.

Prace wykonano przy wsparciu National Science Foundation (NSF) w ramach grantu 2024486. Prace były również wspierane przez finansowane przez NSF Centrum ASSIST stanu NC w ramach grantu EEC-1160483. Misją Centrum ASSIST jest tworzenie urządzeń do noszenia z własnym zasilaniem, zdolnych do długotrwałego wykrywania multimodalnego bez konieczności wymiany lub ładowania baterii.

Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire