«Нервная пыль» приближает нас к имплантированному мониторингу здоровья в реальном времени

Инженеры, разработавшие систему, называют ее «нейронной пылью». Это отличное имя. Если им надоест быть новаторскими новаторами, они, вероятно, могут перейти к маркетингу.

Команда из Калифорнийского университета в Беркли, возглавляемая нейробиологом Хосе Карменой и инженером-электриком Мишелем Махарбизом, впервые теоретизировала возможность имплантации миллиметрового размера - на основе ультразвука - в статье 2013 года, опубликованной в журнале Arxiv, Теперь, благодаря экспериментам с проверкой концепции, они, возможно, произвели революцию в будущем имплантируемых устройств медицинского мониторинга.

В их статье, опубликованной в июльском номере журнала нейрон Команда Maharbiz описывает, как им удалось подключить крошечные датчики к седалищному нерву крысы, чтобы отслеживать импульсы в режиме реального времени. «Большим« ах-ха »было то, что мы поняли, что создание системы, использующей ультразвук, позволило нам создавать очень маленькие устройства», - говорит Махарбиз. обратный, «Те, что мы продемонстрировали, были размером в миллиметр или около того, и сейчас мы их агрессивно миниатюризируем». Хотя крошечные это круто, это не принесет особой пользы, если данные не могут быть извлечены и использованы.

Нейронная пыль настолько перспективна, потому что, по словам Мархарбиза, «ваше тело довольно прозрачно для ультразвука. Мы очень рады, что УЗИ сработало так же, как и оно. Это действительно выглядит так, как будто вы могли бы создавать действительно маленькие имплантаты таким образом, и все больше похоже, что вы могли бы модифицировать устройство, чтобы делать все виды вещей ».

«Вы можете разместить их где угодно»

Его волнение ощутимо, когда он говорит о многих различных приложениях, которые эта технология может быть адаптирована для выполнения: «Вы можете разместить их где угодно, и они могут сообщать о вещах, которые вы хотите измерить в органах, таких как давление, баланс pH и уровень кислорода. Вы можете использовать их для взаимодействия с протезом или для стимуляции нервов для лечения проблем с мочевым пузырем и контролем мышц », но он предупреждает, что это долгосрочные цели.

В ближайшем будущем команда Махарбиза уже работает над улучшением способности сенсора считывать отдельные нейроны, а не грубых срабатываний нервных кластеров. Они также работают над добавлением функциональности в схему для создания возможностей стимуляции нервов, что является необходимым шагом в создании замкнутой системы, необходимой для беспроводных интерфейсов человек-машина.

Такие прорывы могут дать больше свободы передвижения таким людям, как Эрик. Он не может двигать своими мышцами, поэтому современные технологии, доступные для таких людей, как этот морской пехотинец, не будут работать для него. Опция интерфейса для Эрика работает через провода с резьбой к нервным имплантатам через отверстия в его черепе, что не идеально. Есть надежда, что нервная пыль может однажды сделать эти провода устаревшими.

Все это стало возможным благодаря специальным кристаллам. Эти скалы, называемые пьезоэлектрические кристаллы уникальны тем, что генерируют небольшой электрический ток при искажении их формы. Другой компонент системы, немного больший (0,8x1x3 мм) имплантат, называемый пятнышком, расположен прямо под кожей и производит ультразвуковые колебания, чтобы создать этот эффект. Кристаллы вибрируют, искажают и питают крошечный контур сенсорного оборудования размером с частицы.

Когда канал регистрирует действие для того, что он отслеживает, он обращает процесс вспять. Это вносит небольшое изменение в вибрации кристалла, и это изменение начинает распространяться через ультразвуковые волны обратно к пятнышку, затем к трансиверу за пределами тела и, наконец, к компьютеру, который обрабатывает сигнал - вроде того, как гидролокатор отправляет информацию обратно подводная лодка.

Поскольку нет проводов и / или внутренних аккумуляторных источников, эти устройства не повреждают организм и не активируют иммунологическую защиту в такой же степени, как современные, более крупные технологии. Теоретически, будущие итерации нейронной пыли могут оставаться внутри человека незамеченными годами, даже десятилетиями, и обеспечивать обратную связь в реальном времени о том, что происходит внутри, информируя о лечении любого числа заболеваний.

Махарбиз предостерегает от всех волнений и научно-фантастических приложений, которые сдерживают энтузиазм среди людей, интересующихся этой технологией: «Я постоянно получаю электронные письма, люди просят меня стать добровольцем». Он подчеркивает необходимость протоколов безопасности, испытаний на долговечность и клинических испытаний. испытания и что способности киборга еще далеко.

«Несмотря на то, что применение в медицине потенциально очень велико, мы только начинаем идти по этому пути». Эта первая в своем роде технология является многообещающей, но мы далеко от проверок нейронной пыли при следующем посещении нашего врача.