Prihodnost brezžičnega spremljanja možganskih aktivnosti

Raziskovalci z Univerze Cornell so razvili najmanjši nevralni vsadek na svetu, ki je tako majhen, da lahko počiva na zrnu soli. Kljub mikroskopskim meram naprava omogoča brezžično spremljanje in prenašanje podatkov o možganski aktivnosti več kot leto dni, ne da bi za to potrebovala invazivno ožičenje ali baterije.

Nova naprava, imenovana MOTE (microscale optoelectronic tetherless electrode), predstavlja vrhunec mikroelektronike v modernem zdravstvu. Vsadek meri le približno 300 mikronov v dolžino in 70 mikronov v širino. Njegov razvoj je vodil profesor Alyosha Molnar s Cornella v sodelovanju s Sunwoojem Leejem z nanyangske tehnološke univerze. Preboj, ki so ga objavili v reviji Nature Electronics, dokazuje, da sp lahko visokozmogljivi elektronski sistemi neverjetno majhni.

Delovanje naprave MOTE temelji na uporabi svetlobe. Namesto baterij sistem uporablja rdeče in infrardeče laserske žarke, ki varno prehajajo skozi možgansko tkivo. Ti žarki napravo napajajo, hkrati pa vsadek podatke o električnih signalih iz možganov pošilja nazaj v obliki drobnih infrardečih svetlobnih impulzov. Za kodiranje podatkov raziskovalci uporabljajo t. i. pulzno-pozicijsko modulacijo. Tu gre za enak princip, kot se uporablja pri optičnih komunikacijah s sateliti, kar omogoča prenos podatkov z izjemno majhno porabo energije.

Osrednji del vsadka je polprevodniška dioda iz aluminijevega galijevega arzenida, ki zajema vhodno svetlobo za energijo in hkrati deluje kot oddajnik. Sistem vključuje tudi ojačevalnik z nizkim šumom in optični kodirnik, vse skupaj pa je izdelano z isto tehnologijo, ki se uporablja za izdelavo vsakdanjih mikročipov. Ta integracija omogoča dolgotrajno delovanje. V testih na živalih je naprava uspešno delovala in prenašala podatke več kot leto dni.

Možnosti uporabe te tehnologije so ogromne. Po mnenju raziskovalcev bi uporaba materialov v MOTE-u lahko omogočila snemanje možganske aktivnosti celo med slikanjem z magnetno resonanco (MRI), kar je s trenutnimi kovinskimi vsadki praktično nemogoče. V prihodnosti bi lahko tehnologijo prilagodili tudi za druge dele telesa, na primer za hrbtenjačo, ali jo kombinirali z umetnimi lobanjskimi ploščami.

Gre za ključen korak k nevrotehnologiji, ki bo omogočil globok vpogled v delovanje možganov brez tveganj, ki jih prinašajo klasične povezave.