В Южной Корее разрабатывают нейроимплант, который без батарей и проводов считывает мозговые сигналы и передает их наружу в виде света

Корреспондент Гу Бон Хёк

- Совместное исследование KAIST, Наньянского технологического университета (Сингапур) и Корнеллского университета (США)

- Новые возможности для исследования и лечения неврологических заболеваний, таких как деменция и аутизм

Нейроимпланты MOTE на кристалле соли (слева) и спустя 296 дней после их вживления в лабораторную мышь (справа) [Источник: KAIST]

Человеческий мозг содержит около 100 миллиардов клеток, и химические и электрические сигналы, которые они обмениваются, создают большинство умственных функций. Технология нейроимплантатов для точного чтения этих сигналов необходима для исследования и лечения нейродегенеративных заболеваний. Международным совместным исследователям удалось реализовать полностью беспроводные и ультрамалые имплантаты, выходящие за рамки простого миниатюризации и упрощения.

Корейский институт передовой технологии (KAIST) объявил 27 ноября, что исследовательская группа во главе с профессором Ли Сон У из его факультета инженерий новых материалов (и по совместительству профессор факультета электроники Наньянского технологического университета) разработала микроскопический беспроводной имплант «MOTE» (Micro-Scale Opto-Electronic Tetherless Electrode) в сотрудничестве с командой профессора Алойша Мона из Корнеллского университета в США. Исследовательской группе удалось вживить имплант в мозг лабораторных мышей и надежно измерить мозговые волны в течение года.

В мозге постоянно передаются слабые электрические сигналы, создавая различные виды умственной деятельности, такие как память, суждения и эмоции. Технология измерения этих сигналов непосредственно вне человеческого тела и без проводов была отмечена как ключевое направление исследований мозга и лечения неврологических заболеваний, таких как деменция и болезнь Паркинсона.

Однако существующие импланты из-за их толстых проводов вызывали воспаление, перемещаясь в мозге, а также показывали постоянное ухудшение качества сигнала со временем и имели ограниченный срок службы из-за их размеров и выделения тепла.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа создала микросхему на основе существующего полупроводникового техпроцесса (CMOS) и объединила ее с ультратонким микро-LED (μLED) собственной разработки, чтобы уменьшить размер устройства. Кроме того, чтобы повысить его стойкость к среде живого организма, они применили специальное поверхностное покрытие, которое значительно улучшило долговечность импланта.

В результате они получили MOTE толщиной менее 100 мкм и объемом менее 1 нанолитра, тоньше волос и меньше кристалла соли, что является самым маленьким беспроводным имплантом в мире на сегодняшний день.

Профессор KAIST Ли Сон У (слева направо) и профессор Университета Корнелля Алоиша Мона [Предоставлено KAIST]

Другая особенность MOTE — это полностью беспроводная система, не требующая какого-либо аккумулятора. Устройство получает свет снаружи, генерирует электроэнергию, детектирует мозговые волны, а затем передает информацию в виде светового сигнала методом фазово-импульсной модуляции (PPM).

Такой подход значительно снижает потребление энергии, минимизирует риск выделения тепла и позволяет использовать имплант в течение длительного времени, не требуя замены батареи.

Исследовательская группа вживила MOTE в мозг мыши и провела эксперимент в течение года. В результате, мозговые волны считывались без каких-либо проблем в течение длительного периода времени, практически не наблюдалось воспалительных реакций вокруг имплантов и не наблюдалось ухудшения производительности устройства.

«Новоразработанные нейроимпланты имеют большое значение не только в миниатюризации и уменьшения размеров, но и в практической реализации полностью беспроводных, ультрамалых имплантов, которые были возможны только в теориях» - сказал профессор Ли Сон У.

Результаты исследования опубликованы в онлайн-версии международного научного журнала Nature Electronics 3 ноября.

nbgkoo@heraldcorp.com

#южнаякорея #корея #политика #экономика #промышленность #технология #бизнес #финансы #гаджеты #икт #медицина #биотехнология #имплант #общество #культура #искусство #азия