نوآوری محققان آمریکایی: توسعه یک ایمپلنت کوچکتر از یک دانه نمک برای ردیابی بی‌سیم فعالیت مغز

 ایمپلنت عصبی جدید می‌تواند فعالیت مغز را به‌صورت بی‌سیم و بدون ایجاد آسیب بافتی مخابره کند.

پژوهشگران دانشگاه کرنل ایمپلنت عصبی جدیدی توسعه داده‌اند که به قدری کوچک است که می‌تواند روی یک دانه نمک قرار بگیرد. این دستگاه می‌تواند فعالیت مغز یک حیوان زنده را برای بیش از یک سال به صورت بی‌سیم مخابره کند.

ایمپلنت جدید «الکترود اپتوالکترونیک میکرو مقیاس بدون سیم» یا به اختصار MOTE نام دارد. این ایمپلنت دارای حدود ۳۰۰ میکرون طول و ۷۰ میکرون عرض است؛ تقریباً به اندازه عرض یک تار موی انسان. تصویر ابتدای خبر این ایمپلنت را روی یک دانه نمک نشان می‌دهد.

ایمپلنت جدید برای بررسی فعالیت‌های مغز

نیروی این ایمپلنت توسط پرتوهای لیزر قرمز و مادون قرمز تأمین می‌شود که به صورت بی‌ضرر از بافت مغز عبور می‌کنند. این دستگاه داده‌های خود را با استفاده از پالس‌های کوچک نور مادون قرمز به بیرون مخابره می‌کند؛ درواقع این پالس‌ها، سیگنال‌های الکتریکی مغز را رمزگذاری می‌کنند. یک دیود نیمه‌رسانا نیز انرژی نور را برای تغذیه مدار جذب و همان را برای ارسال داده‌ها ساطع می‌کند. به عبارت دقیق‌تر این ایمپلنت از روش «مدولاسیون موقعیت پالس» (روشی مشابه ارتباطات نوری ماهواره‌ها) استفاده می‌کند تا با مصرف انرژی بسیار ناچیز، داده‌ها را با موفقیت به بیرون ارسال کند.

پژوهشگران ابتدا MOTE را در کشت‌های سلولی آزمایشگاهی و سپس آن را در قشر بشکه‌ای مغز موش‌ها کاشتند. این ناحیه از مغز، اطلاعات حسی دریافتی از سبیل‌ها را پردازش می‌کند. نتایج نشان داد در طول یک سال کامل، ایمپلنت با موفقیت جهش‌های فعالیت الکتریکی نورون‌ها و همچنین الگوهای گسترده‌تر فعالیت سیناپسی را ضبط کرد. در تمام این مدت، موش‌ها سالم و فعال باقی ماندند.

انگیزه اصلی ساخت این دستگاه، رفع معایب ایمپلنت‌های فعلی بود. محققان می‌گویند: «الکترودها و فیبرهای نوری سنتی نیز می‌توانند مغز را تحریک کنند، اما بافت در اطراف ایمپلنت حرکت می‌کند و می‌تواند باعث واکنش سیستم ایمنی شود. هدف ما این بود که دستگاه را به اندازه‌ای کوچک بسازیم تا این اختلال را به حداقل برساند.»

این فناوری چندین مزیت اصلی نسبت به روش‌های موجود دارد: به دلیل اندازه بسیار کوچک، واکنش ایمنی و آسیب بافتی را به حداقل می‌رساند و برخلاف برخی روش‌های تصویربرداری، برای ثبت فعالیت نیازی به اصلاح ژنتیکی نورون‌ها ندارد. همچنین داده‌های مغزی را سریع‌تر از سیستم‌های تصویربرداری فعلی ثبت می‌کند.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Nature Electronics منتشر شده است.