Kornelio universiteto mokslininkai ir bendradarbiai sukūrė tokį mažą nervinį implantą, kad jis gali remtis ant druskos grūdelio, tačiau belaidžiu būdu gali perduoti gyvo gyvūno smegenų veiklos duomenis daugiau nei metus.
Proveržis, detalus lapkričio 3 d Gamtos elektronikarodo, kad mikroelektroninės sistemos gali veikti beprecedenčiai mažu mastu, atverdamos naujas neuroninio stebėjimo, biologiškai integruoto jutimo ir kitų programų galimybes.
Įrenginio, vadinamo mikroskopiniu optoelektroniniu berišiu elektrodu arba MOTE, kūrimui kartu vadovavo Elektros ir kompiuterių inžinerijos mokyklos profesorius Alyosha Molnar ir Nanyang technologijos universiteto docentas Sunwoo Lee, kuris pirmą kartą pradėjo dirbti su šia technologija kaip doktorantas Molnaro laboratorijoje.
Varomas raudonųjų ir infraraudonųjų lazerio spindulių, kurie nekenksmingai praeina per smegenų audinį, MOTE perduoda duomenis atgal naudodamas mažyčius infraraudonųjų spindulių impulsus, koduojančius smegenų elektrinius signalus. Puslaidininkinis diodas, pagamintas iš aliuminio galio arsenido, fiksuoja šviesos energiją, kad maitintų grandinę, ir skleidžia šviesą duomenims perduoti. Tai palaiko mažo triukšmo stiprintuvas ir optinis kodavimo įrenginys, sukurti naudojant tą pačią puslaidininkių technologiją kasdienėse mikroschemose.
MOTE yra apie 300 mikronų ilgio ir 70 mikronų pločio.
„Kiek mes žinome, tai yra mažiausias nervinis implantas, kuris išmatuos elektrinį aktyvumą smegenyse ir praneš apie tai belaidžiu būdu“, – sakė Molnaras. „Kodui naudodami impulsinės padėties moduliavimą – tą patį kodą, kuris, pavyzdžiui, naudojamas optiniame ryšyje palydovams, galime sunaudoti labai, labai mažai energijos, kad galėtume susisiekti ir vis tiek sėkmingai atkurti duomenis optiškai.
Mokslininkai MOTE pirmiausia išbandė ląstelių kultūrose, o vėliau implantavo į pelių statinės žievę – smegenų sritį, kuri apdoroja jutiminę informaciją iš ūsų. Per metus implantas sėkmingai užfiksavo neuronų elektrinio aktyvumo šuolius, taip pat platesnius sinapsinio aktyvumo modelius, kol pelės išliko sveikos ir aktyvios.
„Viena iš motyvų tai daryti yra ta, kad tradiciniai elektrodai ir optinės skaidulos gali sudirginti smegenis“, – sakė Molnaras. „Audinys juda aplink implantą ir gali sukelti imuninį atsaką. Mūsų tikslas buvo padaryti prietaisą pakankamai mažą, kad sumažintume tą sutrikimą, o smegenų veiklą užfiksuotų greičiau nei vaizdo gavimo sistemos, ir nereikia genetiškai modifikuoti neuronų vaizdavimui.”
Molnaras teigė, kad MOTE medžiagos sudėtis gali leisti surinkti elektrinius įrašus iš smegenų MRT skenavimo metu, o tai iš esmės neįmanoma naudojant dabartinius implantus. Ši technologija taip pat gali būti pritaikyta naudoti kituose audiniuose, pavyzdžiui, nugaros smegenyse, ir netgi suporuota su ateities naujovėmis, tokiomis kaip optoelektronika, įterpta į dirbtines kaukolės plokšteles.