Nytt trådlöst, implanterbart chip från NCSU kan hjälpa till att bekämpa Alzheimers, Parkinsons
Publiceringsdatum:RALEIGH – Forskare har utvecklat ett chip som drivs trådlöst och som kan implanteras kirurgiskt för att läsa neurala signaler och stimulera hjärnan med både ljus och elektrisk ström. Tekniken har demonstrerats framgångsrikt på råttor och är designad för att användas som ett forskningsverktyg.
"Vårt mål var att skapa ett forskningsverktyg som kan användas för att hjälpa oss att bättre förstå beteendet hos olika regioner i hjärnan, särskilt som svar på olika former av neural stimulering", säger Yaoyao Jia, motsvarande författare till en artikel om arbetet. och en biträdande professor i el- och datorteknik vid North Carolina State University. "Det här verktyget kommer att hjälpa oss att svara på grundläggande frågor som sedan kan bana väg för framsteg när det gäller att ta itu med neurologiska sjukdomar som Alzheimers eller Parkinsons sjukdom."
Den nya tekniken har två funktioner som skiljer den från den tidigare tekniken.
För det första är den helt trådlös. Forskare kan driva chipet på 5×3 mm2, som har en integrerad strömmottagarspole, genom att applicera ett elektromagnetiskt fält. Till exempel, i tester som forskarna gjorde med laboratorieråttor, omgav det elektromagnetiska fältet varje råttas bur – så enheten hade full ström oavsett vad råttan gjorde. Chipet kan också skicka och ta emot information trådlöst.
Den andra egenskapen är att chippet är trimodalt, vilket innebär att det kan utföra tre uppgifter.
Nuvarande toppmoderna neurala gränssnittschips av detta slag kan göra två saker: de kan läsa neurala signaler i målområden i hjärnan genom att detektera elektriska förändringar i dessa regioner; och de kan stimulera hjärnan genom att införa en liten elektrisk ström i hjärnvävnaden.
Det nya chippet kan göra båda dessa saker, men det kan också skina ljus på hjärnvävnaden – en funktion som kallas optisk stimulering. Men för att optisk stimulering ska fungera måste du först genetiskt modifiera riktade neuroner för att få dem att reagera på specifika våglängder av ljus.
"När du använder elektrisk stimulering har du liten kontroll över var den elektriska strömmen går", säger Jia. "Men med optisk stimulering kan du vara mycket mer exakt, eftersom du bara har modifierat de neuroner som du vill rikta in dig på för att göra dem känsliga för ljus. Detta är ett aktivt forskningsfält inom neurovetenskap, men området har saknat de elektroniska verktyg som behövs för att komma vidare. Det är där det här arbetet kommer in.”
Med andra ord, genom att hjälpa forskare (bokstavligen) att lysa ett ljus på nervvävnad, kommer det nya chipet att hjälpa dem (bildligt talat) att lysa upp hur hjärnan fungerar.
Pappret, "Ett trimodalt trådlöst implanterbart neuralt gränssnittssystem-på-chip", publiceras i tidskriften IEEE-transaktioner på biomedicinska kretsar och system. Uppsatsen var medförfattare av Ulkuhan Guler från Worcester Polytechnic Institute; Yen-Pang Lai från Georgia Tech; Yan Gong, Arthur Weber och Wen Li från Michigan State University; och Maysam Ghovanloo från Bionic Sciences Inc.
Arbetet utfördes med stöd från National Science Foundation (NSF) under anslag 2024486. Arbetet stöddes också av NC States NSF-finansierade ASSIST Center under anslag EEC-1160483. ASSIST-centrets uppdrag är att skapa självförsörjande bärbara enheter som kan avkänna långvarig multimodal utan att behöva byta ut eller ladda batterier.
Ursprunglig artikelkälla: WRAL TechWire