Nieuwe draadloze, implanteerbare chip van NCSU kan de ziekte van Alzheimer en Parkinson helpen bestrijden
Datum gepubliceerd:RALEIGH – Onderzoekers hebben een chip ontwikkeld die draadloos van stroom wordt voorzien en chirurgisch kan worden geïmplanteerd om neurale signalen te lezen en de hersenen te stimuleren met zowel licht als elektrische stroom. De technologie is met succes gedemonstreerd bij ratten en is ontworpen voor gebruik als onderzoeksinstrument.
“Ons doel was om een onderzoeksinstrument te creëren dat kan worden gebruikt om ons te helpen het gedrag van verschillende delen van de hersenen beter te begrijpen, vooral als reactie op verschillende vormen van neurale stimulatie”, zegt Yaoyao Jia, corresponderend auteur van een artikel over het werk. en assistent-professor elektrische en computertechniek aan de North Carolina State University. “Deze tool zal ons helpen fundamentele vragen te beantwoorden die vervolgens de weg kunnen vrijmaken voor vooruitgang bij de aanpak van neurologische aandoeningen zoals de ziekte van Alzheimer of Parkinson.”
De nieuwe technologie heeft twee kenmerken die haar onderscheiden van de vorige stand van de techniek.
Ten eerste is het volledig draadloos. Onderzoekers kunnen de 5×3 mm2-chip, die een geïntegreerde stroomontvangerspoel heeft, van stroom voorzien door een elektromagnetisch veld aan te leggen. Bij tests die de onderzoekers bijvoorbeeld met laboratoriumratten deden, omringde het elektromagnetische veld de kooi van elke rat, zodat het apparaat volledig van stroom werd voorzien, ongeacht wat de rat deed. De chip kan ook draadloos informatie verzenden en ontvangen.
Het tweede kenmerk is dat de chip trimodaal is, wat betekent dat hij drie taken kan uitvoeren.
De huidige state-of-the-art neurale interfacechips van dit soort kunnen twee dingen doen: ze kunnen neurale signalen lezen in bepaalde gebieden van de hersenen door elektrische veranderingen in die gebieden te detecteren; en ze kunnen de hersenen stimuleren door een kleine elektrische stroom in het hersenweefsel te introduceren.
De nieuwe chip kan beide dingen doen, maar hij kan ook licht op het hersenweefsel schijnen – een functie die optische stimulatie wordt genoemd. Maar om optische stimulatie te laten werken, moet je eerst gerichte neuronen genetisch modificeren, zodat ze reageren op specifieke golflengten van licht.
“Als je elektrische stimulatie gebruikt, heb je weinig controle over waar de elektrische stroom naartoe gaat”, zegt Jia. “Maar met optische stimulatie kun je veel preciezer zijn, omdat je alleen die neuronen hebt aangepast die je wilt targeten om ze gevoelig te maken voor licht. Dit is een actief onderzoeksgebied in de neurowetenschappen, maar het veld beschikt niet over de elektronische hulpmiddelen die het nodig heeft om vooruit te komen. Dat is waar dit werk om de hoek komt kijken.”
Met andere woorden: door onderzoekers te helpen (letterlijk) licht te laten schijnen op neuraal weefsel, zal de nieuwe chip hen helpen (figuurlijk) licht te laten schijnen op hoe de hersenen werken.
De krant, "Een trimodaal draadloos implanteerbaar neuraal interfacesysteem-op-chip”, wordt gepubliceerd in het tijdschrift IEEE-transacties op biomedische circuits en systemen. Het artikel was co-auteur van Ulkuhan Guler van het Worcester Polytechnic Institute; Yen-Pang Lai van Georgia Tech; Yan Gong, Arthur Weber en Wen Li van de Michigan State University; en Maysam Ghovanloo van Bionic Sciences Inc.
Het werk werd uitgevoerd met steun van de National Science Foundation (NSF) onder subsidienummer 2024486. Het werk werd ook ondersteund door het door NSF gefinancierde ASSIST Center van NC State onder subsidie EEC-1160483. De missie van het ASSIST Center is het creëren van zelfaangedreven wearables die in staat zijn tot langdurige multimodale detectie zonder de batterijen te hoeven vervangen of op te laden.
Originele artikelbron: WRAL TechWire