Miniaturizarea extremă a dispozitivelor medicale deschide noi direcţii pentru monitorizarea creierului pe termen lung. Cercetătorii arată că este posibilă înregistrarea activităţii neuronale cu un implant aproape invizibil, care funcţionează fără baterii şi fără conexiuni fizice, direct în ţesutul cerebral.
Un implant neuronal de dimensiunea unui grăunte de sare poate înregistra şi transmite activitatea electrică a creierului pe perioade îndelungate, potrivit unui studiu realizat de cercetători de la Universitatea Cornell, în colaborare cu mai multe instituţii academice.
Dispozitivul, testat într-un model animal viu, a funcţionat stabil timp de peste un an, fără a afecta starea de sănătate a animalelor.
Rezultatele au fost publicate în revista Nature Electronics.
Implantul, denumit MOTE, demonstrează că sisteme microelectronice funcţionale pot opera la dimensiuni mult mai mici decât a fost posibil până acum.
Dispozitivul are aproximativ 300 de microni lungime şi 70 de microni lăţime şi poate fi aşezat pe un singur grăunte de sare. Alimentarea sa se face exclusiv cu ajutorul luminii, fără a fi necesare baterii sau fire.
MOTE este alimentat cu lumină laser roşie şi infraroşie, care poate traversa în siguranţă ţesutul cerebral. Datele sunt transmise înapoi prin impulsuri scurte de lumină infraroşie, care codifică semnalele electrice înregistrate din creier.
Un element-cheie al sistemului este o diodă semiconductor realizată din arseniură de galiu-aluminiu (AlGaAs), care captează lumina pentru alimentarea circuitului şi generează semnalul optic de ieşire. Dispozitivul include şi un amplificator proiectat pentru a minimiza zgomotul electric de fond, precum şi un codor optic, realizate cu tehnologii similare celor utilizate în microcipurile moderne.
Cercetătorii au testat implantul mai întâi în culturi celulare, apoi l-au implantat în cortexul şoarecilor, în regiunea care procesează informaţiile senzoriale provenite de la mustăţi.
Pe parcursul unui an, implantul a înregistrat atât descărcările electrice individuale ale neuronilor, cât şi modele mai ample de activitate sinaptică, în timp ce animalele au rămas active şi fără a prezenta semne de afectare.
Autorii studiului subliniază că unul dintre obiectivele principale a fost reducerea iritaţiei cerebrale asociate implanturilor clasice.
Electrozii tradiţionali şi fibrele optice pot declanşa reacţii ale ţesutului, deoarece creierul se mişcă în jurul implantului. Miniaturizarea extremă urmăreşte limitarea acestei interacţiuni, păstrând în acelaşi timp capacitatea de a capta activitatea electrică mai rapid decât metodele imagistice şi fără a necesita modificări genetice ale neuronilor.
Potrivit cercetătorilor, materialele utilizate ar putea permite, în viitor, realizarea de înregistrări electrice cerebrale în timpul investigaţiilor RMN, lucru dificil cu implanturile actuale.
Tehnologia ar putea fi adaptată şi pentru alte tipuri de ţesuturi, cum ar fi măduva spinării, sau integrată în aplicaţii care implică componente optoelectronice încorporate în structuri protetice.
Ideea acestui tip de implant a fost concepută iniţial în 2001, însă dezvoltarea sa a fost accelerată în ultimul deceniu, în cadrul colaborărilor interdisciplinare din domeniul neurotehnologiei.
