ثبت فعالیت مغز به مدت یک سال با ایمپلنت عصبی کوچک‌تر از دانه نمک

محققان دانشگاه کرنل موفق به توسعه ایمپلنت عصبی شده‌اند که با اندازه‌ای کوچک‌تر از دانه نمک، فعالیت مغز را به‌ صورت بی‌سیم و به مدت یک سال ضبط می‌کند.

به گزارش تک‌ناک، این دستگاه که با عنوان MOTE (الکترود اپتوالکترونیک میکروسکال بی‌سیم) شناخته می‌شود، گامی بزرگ در توسعه پایش عصبی بلندمدت، کم‌تهاجمی و حسگری یکپارچه زیستی به‌ حساب می‌آید. ایمپلنت حدود ۳۰۰ میکرون طول و ۷۰ میکرون عرض دارد و با بهره‌گیری از پرتوهای لیزر قرمز و مادون‌قرمز بی‌خطر که از بافت مغز عبور می‌کنند، داده‌های مغزی را از طریق پالس‌های نوری مادون‌قرمز رمزگذاری‌شده منتقل می‌کند. دیود نیمه‌رسانای ساخته‌شده از آلومینیوم گالیوم آرسنید، انرژی نور را جذب و برای تامین انرژی مدار و ارسال داده‌ها استفاده می‌کند. همچنین این دستگاه شامل تقویت‌کننده کم‌نویز و رمزگذار نوری است، که با همان فناوری نیمه‌رسانای ریزتراشه‌های معمولی ساخته شده‌اند.

مولنار، محقق اصلی این پروژه گفت: «تا جایی که می‌دانیم، این کوچک‌ترین ایمپلنت عصبی است که فعالیت الکتریکی مغز را اندازه‌گیری و به‌صورت بی‌سیم گزارش می‌دهد.» با استفاده از مدولاسیون موقعیت پالس، همان تکنیک به‌کار رفته در ارتباطات نوری ماهواره‌ها، می‌توان با مصرف انرژی بسیار کم داده‌ها را به‌ صورت اپتیکی منتقل کرد.

آزمایش طولانی‌مدت ایمپلنت عصبی روی موش‌ها

محققان ابتدا ایمپلنت MOTE را در کشت سلولی آزمایش کردند و سپس آن را در قشر بشکه‌ای مغز موش‌ها کاشتند، منطقه‌ای که اطلاعات حسی حاصل از سبیل‌ها را پردازش می‌کند. این دستگاه در طول یک سال به‌طور مداوم هم پالس‌های تیز نورون‌ها و هم فعالیت‌های گسترده سیناپسی را ضبط کرد، در حالی که موش‌ها سالم و فعال باقی ماندند.

مولنار توضیح داد که هدف تیم طراحی سیستمی بود که کمترین تحریک را به بافت مغز وارد کند. وی تصریح کرد: «یکی از دلایل انجام پروژه این بود که الکترودها و فیبرهای نوری سنتی می‌توانند باعث تحریک مغز شوند. بافت اطراف ایمپلنت حرکت می‌کند و ممکن است پاسخ ایمنی ایجاد نماید. هدف ما این بود که دستگاه به اندازه کافی کوچک باشد تا این اختلال به حداقل برسد و در عین حال بدون نیاز به اصلاح ژنتیکی نورون‌ها، فعالیت مغزی را سریع‌تر از سیستم‌های تصویربرداری ثبت کند.»

چشم‌انداز جدید برای عصب‌شناسی

ترکیب نیمه‌رسانای ایمپلنت عصبی MOTE می‌تواند به محققان اجازه دهد فعالیت مغزی را حتی حین انجام اسکن MRI ثبت کنند؛ کاری که با ایمپلنت‌های موجود امکان‌پذیر نیست. همچنین این فناوری ممکن است برای پایش مداوم در نخاع یا ادغام در صفحات مصنوعی جمجمه به‌کار گرفته شود.

مولنار نخستین بار این ایده را در سال ۲۰۰۱ مطرح کرد، اما توسعه جدی آن حدود یک دهه پیش آغاز شد، زمانی که وی همکاری خود را با اعضای Cornell Neurotech، پروژه‌ای مشترک بین دانشکده هنر و علوم و دانشکده مهندسی کرنل شروع کرد.

نتایج این تحقیق در مجله معتبر Nature Electronics منتشر شده است.

نوشته ثبت فعالیت مغز به مدت یک سال با ایمپلنت عصبی کوچک‌تر از دانه نمک اولین بار در Technoc. پدیدار شد.