Mikroméretű implantátum az agyi aktivitás mérésére
Egy rizsszemnél is jóval kisebb az az implantátum, amely vezeték nélküli adattovábbítással képes egy éven keresztül mérni az agy adott területének elektromos aktivitását.
A Nature Electronics folyóiratban november 3-án jelent meg a Cornell University kutatóinak tanulmánya, amelyben egy olyan idegi implantátumot ismertetnek, amely méretét tekintve elfér egy szem són, mégis képes arra, hogy egy élő állat agyi aktivitását egy éven keresztül vezeték nélkül rögzítse és továbbítsa. Ez a fejlesztés mérföldkőnek számít a mikroelektronikai rendszerek miniatürizálása terén, és új távlatokat nyit az idegrendszeri monitorozás, a biointegrált érzékelés és számos más alkalmazási terület számára.
A MOTE (microscale optoelectronic tetherless electrode) névre keresztelt eszköz fejlesztését Alyosha Molnar, a Cornell Villamosmérnöki és Számítástechnikai Tanszékének professzora, valamint Sunwoo Lee, a Nanyang Műszaki Egyetem adjunktusa vezette, aki korábban Molnar laboratóriumában posztdoktori kutatóként kezdte meg a technológia kidolgozását. Az implantátum működését vörös és infravörös lézersugarak biztosítják, amelyek veszélytelenül hatolnak át az agyszöveten. Az eszköz az agy elektromos jeleit infravörös fényimpulzusok formájában kódolja és továbbítja. A rendszer központi eleme egy alumínium-gallium-arzenid félvezető dióda, amely a fényenergiát elektromos árammá alakítja, és egyben adatkommunikációra is szolgál. A működést egy alacsony zajszintű erősítő és egy optikai kódoló támogatja, amelyek ugyanazon félvezető technológiával készültek, mint a hétköznapi mikrochipek.
A MOTE mindössze 300 mikron hosszúságú és 70 mikron szélességű, ami jelenlegi ismereteink szerint a legkisebb olyan idegi implantátum, amely képes az agyi elektromos aktivitás vezeték nélküli mérésére és továbbítására. Molnar kiemelte, hogy az adatátvitelhez alkalmazott impulzuspozíciós moduláció – amelyet például műholdas optikai kommunikációban is használnak – rendkívül alacsony energiafelhasználás mellett is lehetővé teszi a megbízható adatközlést.
A kutatók először sejttenyészeteken tesztelték az eszközt, majd egerek agykérgi régiójába, a bajuszokból származó szenzoros információkat feldolgozó „barrel cortex”-be ültették be. Az implantátum egy éven keresztül sikeresen rögzítette az idegsejtek elektromos aktivitásának kiugrásait, valamint a szinaptikus aktivitás tágabb mintázatait, miközben az állatok egészségesek és aktívak maradtak. A fejlesztés egyik fő motivációja az volt, hogy a hagyományos elektródák és optikai szálak gyakran irritálják az agyszövetet, mivel az implantátum körüli szövetmozgás immunválaszt válthat ki. A cél egy olyan eszköz létrehozása volt, amely a szövetek minimális zavarása, ingerlése mellett képes a képalkotó rendszereknél gyorsabb adatrögzítésre, ráadásul anélkül, hogy a neuronokat genetikailag módosítani kellene.
Molnar szerint az implantátum anyagi összetétele lehetővé teheti az agyi elektromos jelek rögzítését MRI-vizsgálatok során is, ami a jelenlegi implantátumokkal nagyrészt nem kivitelezhető. A technológia potenciálisan alkalmazható más szövetekben is, például a gerincvelőben, és jövőbeli fejlesztésekkel – például mesterséges koponyalemezbe ágyazott optoelektronikai rendszerekkel – is kombinálható.
Írásunk az alábbi közlemények alapján készült:
Neural implant smaller than a grain of salt can wirelessly track brain
A subnanolitre tetherless optoelectronic microsystem for chronic neural recording in awake mice
Irodalmi hivatkozás:
Sunwoo Lee et al, A subnanolitre tetherless optoelectronic microsystem for chronic neural recording in awake mice, Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01484-1
