Ny trådløs, implanterbar chip fra NCSU kan hjælpe med at bekæmpe Alzheimers, Parkinsons
Udgivelsesdato:RALEIGH – Forskere har udviklet en chip, der drives trådløst og kan kirurgisk implanteres for at læse neurale signaler og stimulere hjernen med både lys og elektrisk strøm. Teknologien er blevet demonstreret med succes i rotter og er designet til brug som et forskningsværktøj.
"Vores mål var at skabe et forskningsværktøj, der kan bruges til at hjælpe os med bedre at forstå adfærden i forskellige områder af hjernen, især som reaktion på forskellige former for neural stimulation," siger Yaoyao Jia, tilsvarende forfatter til et papir om arbejdet. og en assisterende professor i elektro- og computerteknik ved North Carolina State University. "Dette værktøj vil hjælpe os med at besvare fundamentale spørgsmål, der så kan bane vejen for fremskridt i behandlingen af neurologiske lidelser såsom Alzheimers eller Parkinsons sygdom."
Den nye teknologi har to funktioner, der adskiller den fra den hidtidige teknologi.
For det første er det fuldt trådløst. Forskere kan drive 5×3 mm2-chippen, som har en integreret strømmodtagerspole, ved at påføre et elektromagnetisk felt. For eksempel, i test, som forskerne gjorde med laboratorierotter, omgav det elektromagnetiske felt hver rottes bur - så enheden var fuldt drevet, uanset hvad rotten lavede. Chippen er også i stand til at sende og modtage information trådløst.
Den anden funktion er, at chippen er trimodal, hvilket betyder, at den kan udføre tre opgaver.
Nuværende state-of-the-art neurale grænsefladechips af denne art kan gøre to ting: de kan læse neurale signaler i målrettede områder af hjernen ved at detektere elektriske ændringer i disse områder; og de kan stimulere hjernen ved at indføre en lille elektrisk strøm i hjernevævet.
Den nye chip kan begge disse ting, men den kan også skinne lys på hjernevævet - en funktion kaldet optisk stimulation. Men for at optisk stimulering skal virke, skal du først genetisk modificere målrettede neuroner for at få dem til at reagere på specifikke bølgelængder af lys.
"Når du bruger elektrisk stimulation, har du lidt kontrol over, hvor den elektriske strøm går," siger Jia. "Men med optisk stimulation kan du være langt mere præcis, fordi du kun har modificeret de neuroner, som du vil målrette mod, for at gøre dem følsomme over for lys. Dette er et aktivt forskningsfelt inden for neurovidenskab, men feltet har manglet de elektroniske værktøjer, der skal til for at komme videre. Det er her, dette arbejde kommer ind.”
Med andre ord, ved at hjælpe forskere (bogstaveligt talt) med at kaste lys over neuralt væv, vil den nye chip hjælpe dem (billedligt talt) med at kaste lys over, hvordan hjernen fungerer.
Papiret, "Et trimodalt trådløst implanterbart neuralt grænsefladesystem-på-chip", er publiceret i tidsskriftet IEEE-transaktioner på biomedicinske kredsløb og systemer. Papiret var medforfatter af Ulkuhan Guler fra Worcester Polytechnic Institute; Yen-Pang Lai fra Georgia Tech; Yan Gong, Arthur Weber og Wen Li fra Michigan State University; og Maysam Ghovanloo fra Bionic Sciences Inc.
Arbejdet blev udført med støtte fra National Science Foundation (NSF) under bevilling 2024486. Arbejdet blev også støttet af NC State's NSF-finansierede ASSIST Center under bevilling EEC-1160483. Missionen for ASSIST Center er at skabe selvdrevne wearables, der er i stand til langvarig multimodal sensing uden at skulle udskifte eller oplade batterier.
Original artikelkilde: WRAL TechWire