1762196002
2025-11-03 18:24:00
Исследователи и сотрудники Корнелла разработали нейронный имплант, настолько маленький, что он может опираться на крупицу соли, но при этом может передавать по беспроводной сети данные об активности мозга живого животного в течение более года.
Прорыв, подробно описанный 3 ноября в Природная электроникадемонстрирует, что микроэлектронные системы могут функционировать в беспрецедентно малых масштабах, открывая новые возможности для нейронного мониторинга, биоинтегрированного зондирования и других приложений.
Нейронный имплантат, разработанный в Корнелле, вызывает сомнение. Около 300 микрон в длину и 70 микрон в ширину — это самый маленький нейронный имплант, способный передавать по беспроводной сети данные об активности мозга.
Разработку устройства, получившего название «микромасштабный оптоэлектронный беспроводной электрод», или MOTE, возглавлял Алеша Мольнарпрофессор Ильды и Чарльза Ли в Школе электротехники и вычислительной техники, и Суну Ли, доцент Наньянского технологического университета, который впервые начал работать над этой технологией в качестве постдокторанта в лаборатории Мольнара.
Приведенный в действие красными и инфракрасными лазерными лучами, которые безвредно проходят через ткани мозга, MOTE передает данные обратно с помощью крошечных импульсов инфракрасного света, которые кодируют электрические сигналы мозга. Полупроводниковый диод, изготовленный из арсенида алюминия-галлия, улавливает световую энергию для питания схемы и излучает свет для передачи данных. В поддержку этого используются малошумящий усилитель и оптический кодер, созданные с использованием той же полупроводниковой технологии, что и в повседневных микрочипах.
МОТЕ имеет длину около 300 микрон и ширину 70 микрон.
«Насколько нам известно, это самый маленький нейронный имплант, который будет измерять электрическую активность в мозге, а затем сообщать об этом по беспроводной сети», — сказал Мольнар. «Используя для кода импульсно-позиционную модуляцию – тот же код, который используется, например, в оптической связи для спутников – мы можем использовать очень, очень мало энергии для связи и при этом успешно возвращать данные оптически».
Исследователи сначала протестировали MOTE на клеточных культурах, а затем имплантировали его в бочковую кору мышей — область мозга, которая обрабатывает сенсорную информацию, поступающую от усов. В течение года имплантат успешно регистрировал всплески электрической активности нейронов, а также более широкие закономерности синаптической активности — и все это время мыши оставались здоровыми и активными.
«Одной из причин для этого является то, что традиционные электроды и оптические волокна могут раздражать мозг», — сказал Мольнар. “Ткань движется вокруг имплантата и может вызвать иммунный ответ. Наша цель состояла в том, чтобы сделать устройство достаточно маленьким, чтобы минимизировать это нарушение, при этом фиксируя активность мозга быстрее, чем системы визуализации, и без необходимости генетически модифицировать нейроны для визуализации”.
Молнар сказал, что состав материала MOTE может позволить собирать электрические записи мозга во время МРТ-сканирования, что практически невозможно при использовании нынешних имплантатов. Эту технологию также можно адаптировать для использования в других тканях, таких как спинной мозг, и даже в сочетании с будущими инновациями, такими как оптоэлектроника, встроенная в искусственные пластины черепа.
Молнар впервые задумал MOTE в 2001 году, но исследования не набирали обороты, пока около 10 лет назад он не начал обсуждать эту идею с членами Cornell Neurotech, совместной инициативы Колледжа искусств и наук и Cornell Engineering. Среди соавторов статьи: Крис Сюйдиректор Школы прикладной и инженерной физики; Пол МакЮэнпочетный профессор факультета физики Джона А. Ньюмана (A&S); Джесси Голдбергд-р Дэвид Мерксамер и Дороти Йословиц Мерксамер, профессор биологических наук кафедры нейробиологии и поведения (A&S); и Ян Ламмердингпрофессор Школы биомедицинской инженерии Мейнига.
Исследование частично поддерживалось Национальными институтами здравоохранения. Работы по изготовлению частично выполнялись на базе Cornell NanoScale Facility, которая поддерживается Национальным научным фондом.
Сил Какапир — заместитель директора по маркетингу и коммуникациям Cornell Engineering.
#Нейронный #имплант #размером #меньше #соляного #зерна #отслеживает #мозг #по #беспроводной #сети
Продолжение темы
