- 21,843
- 46
- 8 Ноя 2022
Фиксирует сигналы, не раздражает ткани и не требует операции.
Исследователи из Корнеллского университета создали нейроимплант , который настолько миниатюрен, что умещается на поверхности кристаллика соли. При этом он способен на протяжении более года беспроводным способом фиксировать активность головного мозга у живого животного.
Разработка получила название MOTE — microscale optoelectronic tetherless electrode. Этот микрочип открывает путь к долговременному мониторингу нейронной активности без необходимости в инвазивных методах и крупногабаритных системах. Проектом руководили профессор Алиоша Молнар из Школы электротехники и вычислительной техники Корнелла и его бывший коллега по лаборатории, а ныне преподаватель Технологического университета Наньян (NTU) Сану Ли.
Размер устройства составляет всего около 300×70 микрон. Оно питается за счёт безопасного излучения в красном и ближнем инфракрасном диапазоне, проходящего сквозь мозговую ткань. Передача информации обратно осуществляется через слабые оптические импульсы: именно в таких вспышках зашифрованы сигналы нейронов.
Энергия света преобразуется в питание с помощью диода на основе арсенида алюминий-галлия. Тот же элемент используется для отправки данных наружу. Кроме того, в структуре чипа предусмотрен малошумящий усилитель и оптический кодировщик — оба созданы по тем же технологиям, что применяются при производстве стандартных микросхем.
По словам Молнара, это самый компактный имплант, способный регистрировать электрическую активность мозга и передавать её по беспроводному каналу. Для оптимальной энергоэффективности инженеры применили импульсно-позиционную модуляцию — метод кодирования, широко используемый в спутниковых оптических системах связи.
Перед внедрением в живые организмы устройство протестировали на культурах клеток. Затем его имплантировали в зону коры мозга лабораторных мышей, отвечающую за восприятие сигналов от усов. В течение года прибор стабильно фиксировал как одиночные всплески нейронов, так и медленные колебания синаптической активности. При этом поведение животных не менялось — они сохраняли нормальную подвижность и здоровье.
Главной задачей разработчиков было создание импланта, который бы не раздражал ткани. Как пояснил Молнар, традиционные электроды и волокна зачастую вызывают воспалительную реакцию из-за механического трения: мозг немного смещается относительно вживлённого компонента. MOTE настолько мал, что практически не нарушает окружающие структуры, при этом позволяет получать данные быстрее, чем визуализирующие методы, и не требует модификации нейронов.
Уникальный состав полупроводниковой начинки делает возможным получение сигнала даже в условиях МРТ-сканирования — чего нельзя добиться с обычными имплантами . Кроме того, технология может быть адаптирована для размещения в области спинного мозга или встраивания в замену черепной кости с целью непрерывного наблюдения.
Саму концепцию Молнар выдвинул ещё в 2001 году. Однако реальная работа началась только спустя десятилетие, когда он подключился к междисциплинарной инициативе Cornell Neurotech, объединяющей исследователей из разных факультетов университета.
Исследователи из Корнеллского университета создали нейроимплант , который настолько миниатюрен, что умещается на поверхности кристаллика соли. При этом он способен на протяжении более года беспроводным способом фиксировать активность головного мозга у живого животного.
Разработка получила название MOTE — microscale optoelectronic tetherless electrode. Этот микрочип открывает путь к долговременному мониторингу нейронной активности без необходимости в инвазивных методах и крупногабаритных системах. Проектом руководили профессор Алиоша Молнар из Школы электротехники и вычислительной техники Корнелла и его бывший коллега по лаборатории, а ныне преподаватель Технологического университета Наньян (NTU) Сану Ли.
Размер устройства составляет всего около 300×70 микрон. Оно питается за счёт безопасного излучения в красном и ближнем инфракрасном диапазоне, проходящего сквозь мозговую ткань. Передача информации обратно осуществляется через слабые оптические импульсы: именно в таких вспышках зашифрованы сигналы нейронов.
Энергия света преобразуется в питание с помощью диода на основе арсенида алюминий-галлия. Тот же элемент используется для отправки данных наружу. Кроме того, в структуре чипа предусмотрен малошумящий усилитель и оптический кодировщик — оба созданы по тем же технологиям, что применяются при производстве стандартных микросхем.
По словам Молнара, это самый компактный имплант, способный регистрировать электрическую активность мозга и передавать её по беспроводному каналу. Для оптимальной энергоэффективности инженеры применили импульсно-позиционную модуляцию — метод кодирования, широко используемый в спутниковых оптических системах связи.
Перед внедрением в живые организмы устройство протестировали на культурах клеток. Затем его имплантировали в зону коры мозга лабораторных мышей, отвечающую за восприятие сигналов от усов. В течение года прибор стабильно фиксировал как одиночные всплески нейронов, так и медленные колебания синаптической активности. При этом поведение животных не менялось — они сохраняли нормальную подвижность и здоровье.
Главной задачей разработчиков было создание импланта, который бы не раздражал ткани. Как пояснил Молнар, традиционные электроды и волокна зачастую вызывают воспалительную реакцию из-за механического трения: мозг немного смещается относительно вживлённого компонента. MOTE настолько мал, что практически не нарушает окружающие структуры, при этом позволяет получать данные быстрее, чем визуализирующие методы, и не требует модификации нейронов.
Уникальный состав полупроводниковой начинки делает возможным получение сигнала даже в условиях МРТ-сканирования — чего нельзя добиться с обычными имплантами . Кроме того, технология может быть адаптирована для размещения в области спинного мозга или встраивания в замену черепной кости с целью непрерывного наблюдения.
Саму концепцию Молнар выдвинул ещё в 2001 году. Однако реальная работа началась только спустя десятилетие, когда он подключился к междисциплинарной инициативе Cornell Neurotech, объединяющей исследователей из разных факультетов университета.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
