ابداع یک ایمپلنت مغزی کوچک‌تر از یک دانه نمک!

به گزارش ایسنا، یک ایمپلنت مغزی لیزری به اندازه یک دانه نمک می‌تواند نحوه مطالعه فعالیت عصبی را توسط دانشمندان در درازمدت تغییر دهد.

به نقل از آی‌ای، محققان دانشگاه کرنل(Cornell) یک ایمپلنت عصبی بسیار کوچک ساخته‌اند که می‌تواند روی یک دانه نمک تعادل خود را حفظ کند، اما به اندازه کافی قدرتمند است که فعالیت مغز را در یک حیوان زنده به مدت بیش از یک سال به صورت بی‌سیم ثبت کند.

این دستگاه که «الکترود بدون اتصال اپتوالکترونیکی میکرومقیاس»(MOTE) نامیده می‌شود، گامی بزرگ به سوی نظارت عصبی طولانی‌مدت با حداقل تهاجم و حسگری زیستی یکپارچه است.

این پروژه به طور مشترک توسط آلیوشا مولنار(Alyosha Molnar)، استاد دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه «کرنل» و سانوو لی(Sunwoo Lee)، استادیار دانشگاه فناوری نانیانگ(Nanyang) که توسعه این فناوری را هنگام کار در آزمایشگاه «مولنار» آغاز کرد، رهبری شد.

این ایمپلنت حدود ۳۰۰ میکرون طول و ۷۰ میکرون عرض دارد. «MOTE» که با پرتوهای لیزر سرخ و فروسرخ بی‌ضرر که از بافت مغز عبور می‌کنند، نیرو می‌گیرد، داده‌ها را از طریق پالس‌های کوچک نور فروسرخ که سیگنال‌های الکتریکی مغز را رمزگذاری می‌کنند، ارسال می‌کند.

یک دیود نیمه‌رسانای ساخته شده از «آلومینیوم گالیوم آرسنید»، انرژی نور را برای تأمین انرژی مدار جذب می‌کند و برای ارسال داده‌ها، نور ساطع می‌کند. همچنین شامل یک تقویت‌کننده کم‌صدا و رمزگذار نوری است که با همان فناوری نیمه‌رسانای موجود در میکروچیپ‌های روزمره ساخته شده است.

«مولنار» می‌گوید: تا آنجا که ما می‌دانیم، این کوچکترین ایمپلنت عصبی است که فعالیت الکتریکی مغز را اندازه‌گیری کرده و سپس آن را به صورت بی‌سیم گزارش می‌دهد.

وی افزود: با استفاده از ماژولاسیون موقعیت پالس برای کد (همان کدی که به عنوان مثال در ارتباطات نوری برای ماهواره‌ها استفاده می‌شود) می‌توانیم از انرژی بسیار بسیار کمی برای برقراری ارتباط استفاده کنیم و همچنان با موفقیت داده‌ها را به صورت نوری دریافت کنیم.

آزمایش‌های طولانی‌مدت در موش‌ها

محققان ابتدا «MOTE» را در کشت‌های سلولی آزمایش کردند و سپس آن را در قشر بشکه‌ای موش‌ها، بخشی از مغز آنها که اطلاعات حسی از سبیل‌ها را پردازش می‌کند، کاشتند.

این ایمپلنت در طول یک سال به طور مداوم، هم جهش‌های شدید نورونی و هم فعالیت سیناپسی گسترده‌تر را ثبت کرد، در حالی که موش‌ها سالم و فعال باقی ماندند.

«مولنار» گفت که تیم تحقیقاتی می‌خواست سیستمی را طراحی کند که از تحریک بافت مغز جلوگیری کند. وی می‌گوید: یکی از انگیزه‌های انجام این کار این است که الکترودهای سنتی و فیبرهای نوری می‌توانند مغز را تحریک کنند. بافت در اطراف ایمپلنت حرکت می‌کند و می‌تواند یک پاسخ ایمنی را تحریک کند. هدف ما این بود که دستگاه را به اندازه کافی کوچک بسازیم تا این اختلال را به حداقل برساند و در عین حال فعالیت مغز را سریع‌تر از سیستم‌های تصویربرداری و بدون نیاز به اصلاح ژنتیکی نورون‌ها برای تصویربرداری ثبت کند.

امکانات جدید برای علوم اعصاب

ترکیب نیمه‌رسانایی «MOTE» می‌تواند به محققان اجازه دهد داده‌های فعالیت مغز را حتی در طول اسکن‌های MRI جمع‌آوری کنند؛ چیزی که با ایمپلنت‌های فعلی امکان‌پذیر نیست.

این فناوری همچنین ممکن است برای استفاده در نخاع یا ادغام در صفحات جمجمه مصنوعی برای نظارت مداوم تطبیق داده شود.

«مولنار» اولین بار این ایده را در سال ۲۰۰۱ مطرح کرد، اما توسعه آن حدود یک دهه پیش سرعت گرفت، زمانی که او همکاری خود را با اعضای گروه «Cornell Neurotech» که یک تلاش مشترک بین کالج هنر و علوم و مهندسی کرنل بود، آغاز کرد.

این مطالعه در مجله Nature Electronics منتشر شده است.