Neuer drahtloser, implantierbarer Chip von NCSU könnte bei der Bekämpfung von Alzheimer und Parkinson helfen
Veröffentlichungsdatum:RALEIGH – Forscher haben einen Chip entwickelt, der drahtlos mit Strom versorgt wird und operativ implantiert werden kann, um Nervensignale zu lesen und das Gehirn sowohl mit Licht als auch mit elektrischem Strom zu stimulieren. Die Technologie wurde erfolgreich an Ratten demonstriert und soll als Forschungsinstrument eingesetzt werden.
„Unser Ziel war es, ein Forschungsinstrument zu entwickeln, mit dem wir das Verhalten verschiedener Hirnregionen besser verstehen können, insbesondere als Reaktion auf verschiedene Formen neuronaler Stimulation“, sagt Yaoyao Jia, korrespondierender Autor eines Artikels über die Arbeit und Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik an der North Carolina State University. „Dieses Instrument wird uns helfen, grundlegende Fragen zu beantworten, die dann den Weg für Fortschritte bei der Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson ebnen könnten.“
Die neue Technologie weist zwei Merkmale auf, die sie vom bisherigen Stand der Technik abheben.
Erstens ist es völlig drahtlos. Forscher können den 5×3 mm2 großen Chip, der über eine integrierte Stromempfängerspule verfügt, durch Anlegen eines elektromagnetischen Felds mit Strom versorgen. Bei Tests, die die Forscher beispielsweise mit Laborratten durchführten, umgab das elektromagnetische Feld den Käfig jeder Ratte – das Gerät war also unabhängig von der Tätigkeit der Ratte voll mit Strom versorgt. Der Chip kann außerdem drahtlos Informationen senden und empfangen.
Die zweite Funktion besteht darin, dass der Chip trimodal ist, das heißt, er kann drei Aufgaben erfüllen.
Hochmoderne neuronale Schnittstellenchips dieser Art können derzeit zwei Dinge: Sie können neuronale Signale in bestimmten Gehirnregionen lesen, indem sie elektrische Veränderungen in diesen Regionen erkennen. Und sie können das Gehirn stimulieren, indem sie einen kleinen elektrischen Strom in das Gehirngewebe einspeisen.
Der neue Chip kann beides, aber er kann auch Licht auf das Gehirngewebe richten – eine Funktion, die als optische Stimulation bezeichnet wird. Damit die optische Stimulation funktioniert, müssen die Neuronen jedoch zunächst genetisch so verändert werden, dass sie auf bestimmte Wellenlängen des Lichts reagieren.
„Bei elektrischer Stimulation hat man kaum Kontrolle darüber, wohin der elektrische Strom fließt“, sagt Jia. „Bei optischer Stimulation kann man jedoch viel präziser vorgehen, da man nur die Neuronen modifiziert, die man ansprechen möchte, um sie lichtempfindlich zu machen. Dies ist ein aktives Forschungsfeld in der Neurowissenschaft, aber es fehlten bisher die elektronischen Werkzeuge, um voranzukommen. Hier kommt diese Arbeit ins Spiel.“
Mit anderen Worten: Indem der neue Chip den Forschern hilft, (im wahrsten Sinne des Wortes) Licht auf Nervengewebe zu werfen, wird er ihnen (im übertragenen Sinn) helfen, Licht auf die Funktionsweise des Gehirns zu werfen.
Das Papier, "Ein trimodales drahtloses implantierbares neuronales Schnittstellensystem auf einem Chip„, wird in der Zeitschrift veröffentlicht IEEE-Transaktionen zu biomedizinischen Schaltkreisen und Systemen. Mitautoren des Artikels sind Ulkuhan Guler vom Worcester Polytechnic Institute, Yen-Pang Lai vom Georgia Tech, Yan Gong, Arthur Weber und Wen Li von der Michigan State University sowie Maysam Ghovanloo von Bionic Sciences Inc.
Die Arbeit wurde mit Unterstützung der National Science Foundation (NSF) im Rahmen des Zuschusses 2024486 durchgeführt. Die Arbeit wurde außerdem vom NSF-finanzierten ASSIST Center der NC State im Rahmen des Zuschusses EEC-1160483 unterstützt. Die Mission des ASSIST Center besteht darin, selbstbetriebene Wearables zu entwickeln, die langfristige multimodale Sensorik ermöglichen, ohne dass Batterien ausgetauscht oder aufgeladen werden müssen.
Originalquelle des Artikels: WRAL TechWire