O echipă de oameni de știință din Coreea de Sud și Statele Unite au inventat un dispozitiv care poate controla circuitele neuronale, folosind un implant cerebral minuscul care este controlat de un smartphone.
În publicația din „Nature Biomedical Engineering”, cercetătorii au declarat că implantul neural este primul dispozitiv wireless de acest gen, capabil să furnizeze mai multe medicamente și lumini colorate. Dispozitivul ar putea descoperi mult mai rapid boli ale creierului, cum ar fi Parkinson, Alzheimer, dependență, depresie și durere.
Raza Qazi, autorul principal al articolului și cercetător la Institutul Avansat de Știință și Tehnologie din Coreea (KAIST) și Universitatea Boulder din Colorado, a declarat că
„Dispozitivul neuronal wireless permite neuromodularea chimică și optică, fapt ce nu a mai fost realizat vreodată”
Coautorul Michael Bruchas, profesor de anestezie, farmacologie și medicamente împotriva durerii la Școala de Medicină a Universității din Washington, a declarat că această tehnologie va ajuta cercetătorii în multe feluri.
„Ne permite să disecăm mai bine baza circuitului neural al comportamentului și modul în care neuromodulatoarele specifice din creier modifică comportamentul în diferite moduri. De asemenea, suntem dornici să folosim dispozitivul pentru studii farmacologice complexe, care ne-ar ajuta să dezvoltăm noi metode terapeutice pentru durere, dependență și tulburări emoționale.” a declarat profesorul Michael Bruchas.
Dispozitivul folosește cartușe de medicamente înlocuibile, asemanatoare pieselor Lego, dar și specificații Bluetooth, cu consum redus de energie, pentru a furniza medicamente și lumină unor anumiți neuroni de interes.
Cercetătorii au declarat că această tehnologie depășește semnificativ metodele convenționale de neuroștiință, care, de obicei, implică tuburi rigide de metal și fibre optice. Dispozitivul limitează mișcarea subiectului din cauza conexiunilor fizice cu echipamentele voluminoase. Cu timpul, structura lor, relativ rigidă, provoacă leziuni în țesutul cerebral moale, fiind, astfel, nepotrivite pentru implantarea pe termen lung. Eforturile depuse au atenuat parțial răspunsul negativ al țesuturilor prin încorporarea sondelor moi și a platformelor wireless. Soluțiile anterioare au fost limitate de incapacitatea lor de a administra medicamente pentru perioade lungi de timp, dar și de setările lor de control voluminoase și complexe.
Pentru a realiza furnizarea de medicamente cronice wireless, oamenii de știință au trebuit să rezolve problema epuizării și evaporării medicamentelor cât mai rapid. Astfel, cercetătorii au colaborat pentru a inventa dispozitivul neural, care va putea permite specialiștilor în neuroștiință să studieze aceleași circuite ale creierului timp de câteva luni, fără să-și facă griji că rămân fără medicamente.
Aceste cartușe de medicamente de tip „plug and play” au fost asamblate într-un implant cerebral pentru șoareci, cu o sondă moale și ultrasubțire (de grosimea unui fir de păr uman), care constă în canale microfluidice și LED-uri minuscule (mai mici decât un bob de sare), pentru doze nelimitate de medicament și pentru o livrare ușoară.
Dispozitivul, controlat de pe un smartphone printr-o interfață elegantă și simplă, poate declanșa cu ușurință orice combinație specifică sau secvențiere precisă a livrării de lumină și medicament, la orice animal țintă implantat, fără a fi nevoie să se afle în laborator. Folosind aceste dispozitive neurale wireless, cercetătorii ar putea, de asemenea, să efectueze cu ușurință studii complet automatizate asupra animalelor, unde comportamentul unui animal ar putea afecta, pozitiv sau negativ, comportamentul altor animale, prin declanșarea condiționată a unei livrări de lumină sau medicament.
„Acest dispozitiv revoluționar este rodul proiectării electronice avansate și a ingineriei la scară micro și nano. Suntem interesați să dezvoltăm în continuare această tehnologie, pentru a face un implant cerebral, folosit în aplicații clinice”, a declarat Jae-Woong Jeong, profesor de inginerie electrică la KAIST.
Neurologii de la Laboratorul Bruchas din Seattle studiază circuite ale creierului care controlează stresul, depresia, durerea și alte tulburări neuropsihiatrice. Cercetătorii din grupul Jeong de la KAIST, din Coreea de Sud, dezvoltă electronice pentru dispozitivele purtabile și implantabile. Colaborarea dintre inginerii și specialiștii în neuroștiință a durat peste trei ani și au fost necesare zeci de iterații de proiectare, care au condus la validarea cu succes a acestui implant cerebral la șoarecii în mișcare liberă.
Această lucrare a fost susținută prin subvenții provenite de la Fundația Națională de Cercetare din Coreea, Institutele Naționale de Sănătate, Institutul Național pentru Abuzul de medicamente și Profesoratul Mallinckrodt.
