A világ legkisebb agyi implantátuma egy éven át követi az idegi jeleket

Egy porszem, ami olvassa az agyat

Egy olyan apró idegi implantátum, amely elfér egy sókristályon, több mint egy éven át vezeték nélkül továbbította az agyi aktivitási adatokat élő egerekből – ez a bravúr átformálhatja, ahogyan a tudósok a neurológiai rendellenességeket tanulmányozzák és kezelik. Az eszköz, amely MOTE (mikroméretű optoelektronikus vezeték nélküli elektróda) néven ismert, mindössze 300 mikron hosszú és 70 mikron széles. Ahogy a New Atlas fogalmazott, több mint 4,78 milliót lehetne belőlük egy teáskanálba tenni.

Hogyan működik?

A hagyományos, vezetékekre vagy terjedelmes hardverre támaszkodó agyi implantátumokkal ellentétben a MOTE teljes egészében fényenergiával működik. Vörös és infravörös lézersugarak áthatolnak az agyszöveten, hogy energiát szolgáltassanak egy alumínium-gallium-arzenid félvezető diódának, amely egyidejűleg gyűjti az energiát és infravörös impulzusokat bocsát ki, amelyek kódolt idegi jeleket hordoznak. A kódolási módszer – impulzuspozíció-moduláció – ugyanaz a technika, amelyet a műholdas optikai kommunikációban is használnak.

„A legfontosabb újítás az, hogy egyetlen vegyület-félvezető diódát használunk mind az energiagyűjtésre, mind az adatátvitelre” – magyarázta Alyosha Molnar, a Cornell elektromos és számítógép-mérnöki professzora, aki először 2001-ben vetette fel az ötletet. Az eszköz egy alacsony zajszintű erősítőt és egy szabványos mikrochip-technológiával készült optikai kódolót is tartalmaz, mindezt egy szub-nanoliteres térfogatba csomagolva.

Egy évnyi tiszta adat

A kutatók a MOTE-ot egerek hordókéregébe – az agy azon területébe, amely a bajuszszőrök szenzoros bemenetét dolgozza fel – ültették be. Tizenkét hónapon keresztül az eszköz rögzítette mind az egyes neuronok gyors elektromos tüskéit, mind a szinaptikus aktivitás szélesebb mintáit, mindezt úgy, hogy az állatok egészségesek és szabadon mozogtak.

Ez a hosszú élettartam számít. A hagyományos elektródák és optikai szálak irritálják a környező szöveteket, immunválaszokat váltva ki, amelyek idővel rontják a jel minőségét. A MOTE extrém miniatürizálása drámaian csökkenti ezt a problémát, és a kalcium-imaging megközelítésekkel ellentétben elektromos adatokat rögzít anélkül, hogy a neuronok genetikai módosítására lenne szükség.

MRI-kompatibilitás és azon túl

Talán a legjelentősebb klinikai előny az implantátum potenciális kompatibilitása az MRI-szkennerekkel. A jelenlegi fém implantátumok torzítják a mágneses rezonancia képeket, és biztonsági kockázatot jelenthetnek az MRI-gépekben. A MOTE félvezető anyagai lehetővé tehetik az egyidejű elektromos agyi rögzítést és az MRI-vizsgálatot – ez a kombináció a Cornell Chronicle szerint „a jelenlegi implantátumokkal nagyrészt nem lehetséges”.

A kutatócsoport, amelyet Sunwoo Lee, a Nanyang Műszaki Egyetem munkatársa – aki a technológiát Molnar laboratóriumában posztdoktori kutatóként fejlesztette ki – vezetett, a jövőben az agyon túlmutató alkalmazásokat képzel el. Az adaptált változatok monitorozhatják a gerincvelő aktivitását, integrálhatók optoelektronikával felszerelt mesterséges koponyalemezekkel, vagy segíthetnek a depresszió, a demencia és a Parkinson-kór terápiáinak kidolgozásában.

Új lépték a neurológiában

A Nature Electronics folyóiratban megjelent eredmények agy-számítógép interfészek szempontjából kulcsfontosságú pillanatban érkeznek. Az olyan vállalatok, mint a Neuralink, előreviszik a kereskedelmi idegi implantátumokat, de ezek az eszközök továbbra is sokkal nagyobbak, és elektródatömbök sebészeti beültetését igénylik. A MOTE egy radikálisan eltérő utat javasol: láthatatlan méretű érzékelőket, amelyek minimális zavart okoznak, és végül nagy számban telepíthetők az agyban.

A kutatást a National Institutes of Health finanszírozta, a gyártás pedig a Cornell NanoScale Facility-ben történt. Bár az emberi kísérletek még távoliak, a technológia azt mutatja, hogy az agyi monitorozás jövője nem feltétlenül igényel nagyobb eszközöket – csak okosabb, kisebbeket.