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O implante minúsculo do cérebro pode sem fio ser recarregado para controlar circuitos do cérebro

Um grupo de pesquisadores de KAIST e os colaboradores projectaram um implante minúsculo do cérebro que pudesse sem fio ser recarregado fora do corpo para controlar circuitos do cérebro por longos período do tempo sem substituição da bateria.

O dispositivo é construído de polímeros ultra-macios e bio-complacentes para ajudar a fornecer a compatibilidade a longo prazo o tecido. Alinhado com o diodo emissor de luz micrômetro-feito sob medida (equivalente ao tamanho de uma grão de sal) montado nas pontas de prova ultrathin (a espessura de um cabelo humano), pode sem fio manipular os neurônios do alvo no cérebro profundo usando a luz.

Este estudo, conduzido pelo professor Jae-Woong Jeong, é uma etapa para a frente do dispositivo que neural cabeça-montado rádio do implante desenvolveu em 2019. Essa versão anterior podia indefinidamente entregar drogas múltiplas e o tratamento claro da estimulação sem fio usando um smartphone. Para mais, neurónios de manipulação por Smartphone.

Para a versão promovida nova, a equipa de investigação veio acima com um sistema optoelectronic inteiramente implantable, macio que pudesse para controlar remotamente e selectivamente por um smartphone. Esta pesquisa foi publicada o 22 de janeiro de 2021 em comunicações da natureza.

A tecnologia cobrando sem fio nova endereça as limitações de implantes actuais do cérebro. As tecnologias implantable sem fio do dispositivo têm-se tornado recentemente populares porque alternativas aos implantes tethered convencionais, porque ajudam a minimizar o esforço e a inflamação nos animais livre-móveis durante o cérebro estuda, que aumentam por sua vez a vida dos dispositivos.

Contudo, tais dispositivos exigem cirurgias intermitentes substituir baterias descarregadas, ou as instalações sem fio especiais e volumosas da potência, que limitam opções experimentais assim como a escalabilidade das experiências animais.

“Este dispositivo poderoso elimina a necessidade para que as cirurgias dolorosas adicionais substituam uma bateria esgotada no implante, permitindo o neuromodulation crônico sem emenda,” disse o professor Jeong. “Nós acreditamos que a mesma tecnologia básica pode ser aplicada aos vários tipos de implantes, incluindo stimulators profundos do cérebro, e pacemaker cardíacos e gástricas, para reduzir a carga em pacientes para o uso a longo prazo dentro do corpo.”

Para permitir cobrar e controles sem fio de bateria, os pesquisadores desenvolveram um circuito minúsculo que integrasse uma ceifeira sem fio da energia com uma antena de bobina e uma microplaqueta da baixo-energia de Bluetooth. Um campo magnético alterno pode inofensiva penetrar através do tecido, e gera a electricidade dentro do dispositivo para cobrar a bateria. Então o implante a pilhas de Bluetooth entrega testes padrões programáveis da luz aos neurónios que usam um smartphone “fácil de usar” app para o controle do cérebro do tempo real.

Este dispositivo pode ser operado em qualquer lugar e a qualquer momento manipular circuitos neurais, que lhe faz uma ferramenta altamente versátil para investigar funções do cérebro.”

Choong Yeon Kim, autor principal e pesquisador do estudo, o instituto avançado de Coreia da ciência e tecnologia

Os neurocientistas testaram com sucesso estes implantes nos ratos e demonstraram sua capacidade para suprimir o comportamento cocaína-induzido depois que os ratos foram injectados com cocaína. Isto foi conseguido pela estimulação clara precisa dos neurônios relevantes do alvo em seus cérebros usando o diodo emissor de luz Smartphone-controlado. Além disso, a bateria nos implantes poderia repetidamente ser recarregada quando os ratos se estavam comportando livremente, assim minimizando toda a interrupção física às experiências.

“A bateria sem fio que recarrega faz os procedimentos experimentais complicados muito menos,” disse o autor Jeong mínimo Ku do co-chumbo, um pesquisador na faculdade de universidade de Yonsei da medicina.

“O facto de que nós podemos controlar um comportamento específico dos animais, entregando a estimulação clara no cérebro apenas com uma manipulação simples do smartphone app, olhando animais livremente moventes próximo, é muito interessante e estimula muita imaginação,” disse Jeong-Hoon Kim, um professor da fisiologia na faculdade de universidade de Yonsei da medicina. “Esta tecnologia facilitará várias avenidas da pesquisa do cérebro.”

Os pesquisadores acreditam que esta tecnologia do implante do cérebro pode conduzir às oportunidades novas para a pesquisa do cérebro e a intervenção terapêutica às doenças do deleite no cérebro e em outros órgãos.

Source:
Journal reference:

Kim, C. Y., et al. (2021) Soft subdermal implant capable of wireless battery charging and programmable controls for applications in optogenetics. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-20803-y.