'Neural Dust' ci spinge più vicino al monitoraggio della salute in tempo reale impiantato

Gli ingegneri che hanno sviluppato il sistema lo chiamano "polvere neurale". È un grande nome. Se mai si stancano di essere innovatori pionieristici, potrebbero probabilmente passare al marketing.

Il gruppo di lavoro dell'Università della California, Berkeley, guidato da un neuroscienziato José Carmena, e Michel Maharbiz, un ingegnere elettrico, ha teorizzato per la prima volta la possibilità di protesi di dimensioni millimetriche - alimentate da ultrasuoni - in un documento del 2013 pubblicato sulla rivista arXiv. Ora, attraverso esperimenti di proof-of-concept, possono aver rivoluzionato il futuro dei dispositivi di monitoraggio medico impiantabili.

Nel loro articolo pubblicato nel numero di luglio della rivista Neurone Il team di Maharbiz descrive come sono stati in grado di collegare minuscoli sensori al nervo sciatico di un topo per monitorare gli impulsi in tempo reale. "Il grande 'ah-ha' è stato che ci siamo resi conto che la costruzione di un sistema che utilizzava gli ultrasuoni ci ha permesso di costruire dispositivi estremamente piccoli", racconta Maharbiz. Inverso. "Quelli che abbiamo dimostrato erano di dimensioni di un millimetro o giù di lì e ora li stiamo miniaturizzando in modo aggressivo." Anche se piccolo è bello, non è molto utile se i dati non possono essere estratti e utilizzati.

La polvere neurale è così promettente perché, nelle parole di Marharbiz, "il tuo corpo è piuttosto trasparente agli ultrasuoni. Siamo estremamente entusiasti del fatto che gli ultrasuoni abbiano funzionato come ha fatto. Sembra davvero che tu possa costruire impianti veramente piccoli in questo modo, e sembra sempre che tu possa modificare il dispositivo per fare ogni genere di cose."

"Potresti metterli ovunque"

La sua eccitazione è palpabile quando si parla delle diverse applicazioni che questa tecnologia potrebbe essere adattata per eseguire: "È possibile posizionarle ovunque e riportare le cose che si desidera misurare sugli organi, come pressione, equilibrio del pH e livelli di ossigeno. Potresti usarli per interagire con la protesi o fornire la stimolazione nervosa per trattare i problemi di controllo della vescica e del muscolo ", ma avverte che si tratta di obiettivi a lungo termine.

Nel breve periodo, la squadra di Maharbiz sta già lavorando per perfezionare la capacità del sensore di leggere i singoli neuroni, piuttosto che i gravi licenziamenti degli ammassi nervosi. Stanno anche lavorando per aggiungere funzionalità al circuito per creare capacità di stimolazione nervosa, un passo necessario nella creazione di un sistema a circuito chiuso richiesto per le interfacce uomo / macchina wireless.

Tali scoperte potrebbero consentire una maggiore libertà di movimento a persone come Erik. Non è in grado di muovere i muscoli, quindi la tecnologia attuale a disposizione di persone come questa Marine non funzionerà per lui. L'opzione di interfaccia per Erik opera attraverso fili filettati agli impianti neurali attraverso i buchi nel suo cranio, che non è l'ideale. La speranza è che la polvere neurale possa un giorno rendere obsoleti quei fili.

Tutto ciò è reso possibile da cristalli speciali. Queste rocce, chiamate cristalli piezoelettrici, sono unici in quanto generano una piccola corrente di elettricità quando la loro forma è distorta. Un altro componente del sistema, un impianto leggermente più grande (0,8x1x3 mm), chiamato mote, si trova appena sotto la pelle e produce le vibrazioni degli ultrasuoni per creare questo effetto. I cristalli vibrano, distorcono e alimentano il minuscolo circuito sull'attrezzatura sensoriale a particelle.

Quando il circuito registra un'azione su ciò che sta monitorando, inverte il processo. Rende una leggera alterazione alle vibrazioni del cristallo e questo cambia increspature indietro attraverso le onde degli ultrasuoni indietro al mote, quindi a un ricetrasmettitore esterno al corpo e infine a un computer che elabora il segnale - un po 'come il modo in cui il sonar invia le informazioni a un sottomarino.

Poiché non ci sono cavi e / o fonti di batterie interne, questi dispositivi non danneggiano il corpo né attivano le difese immunologiche tanto quanto la tecnologia attuale e più grande. Teoricamente, le future iterazioni della polvere neurale potrebbero rimanere all'interno di una persona, inosservate, per anni, persino decenni, e fornire un riscontro in tempo reale di ciò che sta accadendo all'interno, informando sul trattamento di qualsiasi numero di disturbi.

A parte l'eccitazione e le applicazioni di fantascienza, Maharbiz mette in guardia dall'entusiasmo tra le persone interessate alla tecnologia: "Ricevo sempre e-mail, persone che mi chiedono di fare volontariato." Sottolinea la necessità di protocolli di sicurezza, test di durabilità e clinici prove e che le abilità dei cyborg sono molto lontane.

"Mentre le applicazioni mediche sono potenzialmente molto vaste, stiamo solo iniziando da questa strada." Questa tecnologia prima del suo genere è promettente, ma siamo alla ricerca di una polvere neurale lontana dalla prossima visita del nostro medico.