Sószem méretű agyi implantátum, amely követi az agy működését

A Cornell Egyetem kutatói és partnereik egy olyan neurális implantátumot fejlesztettek, amely olyan apró, hogy elfér egy szem sókristályon, mégis képes vezeték nélkül rögzíteni és továbbítani az agyi aktivitást élő állatokban – méghozzá több mint egy éven keresztül.

A kutatást részletesen a Nature Electronics közölte november 3-án, és az eredmények új korszakot nyithatnak az agyi megfigyelés és a biointegrált szenzorok fejlesztésében.

MOTE – a sókristálynyi csoda

A készüléket MOTE-nak nevezik (angolul microscale optoelectronic tetherless electrode), vagyis „mikroméretű, optoelektronikus, vezeték nélküli elektródának”.
A fejlesztést Alyosha Molnar, a Cornell elektromérnöki tanszékének professzora és Sunwoo Lee, a Szingapúri Nanyang Műszaki Egyetem docense vezette.

A MOTE mindössze 300 mikron hosszú és 70 mikron széles – vagyis vékonyabb, mint egy emberi hajszál.
A szerkezet vörös és infravörös lézerfény segítségével működik, amely ártalmatlanul áthatol az agyszöveten, és energiát szolgáltat az apró áramkörnek. A rendszer ezután infravörös fényimpulzusokkal küldi vissza az adatokat, amelyek az agy elektromos jeleit kódolják.

Az implantátumban egy alumínium-gallium-arzenid félvezető dióda alakítja át a fényt energiává, és ugyanakkor kibocsátja a visszaküldött fényjeleket is. A működést kis zajszintű erősítő és optikai kódoló egészíti ki – ugyanabból a technológiából, amelyet a hétköznapi mikrochipekben is használnak.

Stabil, pontos és kíméletes az agyhoz

„Tudomásunk szerint ez a világ legkisebb agyi implantátuma, amely képes az agy elektromos aktivitását mérni és az adatokat vezeték nélkül továbbítani,” mondta Molnar professzor.
„Az általunk használt kódolási eljárás – hasonló ahhoz, amit műholdas optikai kommunikációban is alkalmaznak – rendkívül energiahatékony, mégis pontos adatátvitelt tesz lehetővé.”

A kutatók először sejttenyészetekben, majd egerek agyába ültetve tesztelték a MOTE-ot, konkrétan a bajuszmozgást feldolgozó agyi területen.
Egy éven keresztül az eszköz stabilan működött, pontosan rögzítette az idegsejtek aktivitását, miközben az állatok teljesen egészségesek és aktívak maradtak.

„A hagyományos elektródák és optikai szálak gyakran irritálják az agyszövetet, ami gyulladást okozhat,” tette hozzá Molnar.
„A célunk az volt, hogy annyira kicsivé tegyük az eszközt, hogy minimálisra csökkentsük az agy terhelését, miközben továbbra is képes marad gyors és pontos mérésekre.”

Jövőbeli lehetőségek

A MOTE anyaga lehetővé teheti, hogy MRI vizsgálatok közben is gyűjtsön adatokat – amit a legtöbb jelenlegi implantátum nem tud megtenni.
A technológia a jövőben más szövetekben, például a gerincvelőben is alkalmazható lehet, sőt akár mesterséges koponyalemezekbe épített optoelektronikai rendszerekkel is kombinálható.