'Neural Dust' duwt ons dichter bij geïmplanteerde realtime gezondheidsbewaking

De ingenieurs die het systeem hebben ontwikkeld, noemen het 'neuraal stof'. Het is een geweldige naam. Als ze ooit moe worden van baanbrekende innovators, kunnen ze waarschijnlijk overgaan naar marketing.

Het team dat werkt aan de Universiteit van Californië, Berkeley onder leiding van José Carmena, een neurowetenschapper, en Michel Maharbiz, een elektrotechnisch ingenieur, theoretiseerde eerst de mogelijkheid van implantaten van millimetersformaat - aangedreven door echografie - in een publicatie uit 2013 gepubliceerd in het tijdschrift arXiv. Dankzij proof-of-concept experimenten hebben ze mogelijk een revolutie teweeggebracht in de toekomst van implanteerbare medische bewakingsapparaten.

In hun krant gepubliceerd in het juli nummer van het tijdschrift neuron, Maharbiz's team beschrijft hoe ze in staat waren om kleine sensoren te verbinden met de heupzenuw van een rat om impulsen in real-time te monitoren. "De grote 'ah-ha' was dat we ons realiseerden dat het bouwen van een systeem dat echografie gebruikte ons toestond om extreem kleine apparaten te bouwen," vertelt Maharbiz omgekeerde. "Degenen die we hebben gedemonstreerd waren ongeveer een millimeter groot en we verkleinen ze nu agressief." Hoewel klein cool is, doet het niet veel goed als de gegevens niet kunnen worden geëxtraheerd en gebruikt.

Neurale stof is zo veelbelovend omdat, in de woorden van Marharbiz, "Je lichaam vrij transparant is voor echografie. We zijn erg blij dat echografie net zo goed is als het geval was. Het lijkt er echt op dat je op deze manier hele kleine implantaten kunt bouwen, en het lijkt er steeds meer op dat je het apparaat kunt aanpassen om allerlei dingen te doen."

"Je zou deze overal kunnen plaatsen"

Zijn opwinding is voelbaar wanneer hij spreekt over de vele verschillende toepassingen die deze technologie kan uitvoeren: "Je zou deze overal kunnen plaatsen en ze zouden dingen kunnen rapporteren die je wilt meten over organen, zoals druk, pH-balans en zuurstofniveaus. Je zou ze kunnen gebruiken om te interageren met prothesen of zenuwstimulatie te bieden om problemen met de blaas en spiercontrole te behandelen, "maar hij waarschuwt dat dit doelstellingen voor de lange termijn zijn.

In de nabije toekomst werkt het team van Maharbiz al aan het verfijnen van het vermogen van de sensor om individuele neuronen te lezen, in plaats van de grove schietbewegingen van zenuwclusters. Ze werken ook aan het toevoegen van functionaliteit aan het circuit om zenuwstimulatiemogelijkheden te creëren, een noodzakelijke stap in het creëren van een gesloten-lussysteem dat vereist is voor draadloze mens / machine-interfaces.

Dergelijke doorbraken kunnen meer bewegingsvrijheid bieden aan mensen zoals Erik. Hij kan zijn spieren niet bewegen, dus de huidige technologie die beschikbaar is voor mensen zoals deze Marine, zal niet werken voor hem. De interface-optie voor Erik werkt via draden die door gaten in zijn schedel zijn geregen tot neurale implantaten, wat niet ideaal is. De hoop is dat neuraal stof ooit die draden overbodig zou kunnen maken.

Dit alles wordt mogelijk gemaakt door speciale kristallen. Deze rotsen, genoemd piëzo-elektrische kristallen, zijn uniek omdat ze een kleine stroom van elektriciteit genereren wanneer hun vorm vervormd is. Een ander onderdeel van het systeem, een iets groter (0.8x1x3 mm) implantaat, een mote genaamd, wordt vlak onder de huid geplaatst en produceert de ultrasone trillingen om dit effect te creëren. De kristallen trillen, vervormen en voeden het kleine circuit op de sensorische apparatuur met deeltjesgrootte.

Wanneer het circuit een actie registreert over wat het bewaakt, keert het het proces om. Het maakt een kleine wijziging in de vibraties van het kristal en die verandering golft terug door de golven van echografie terug naar de splinter, dan naar een zendontvanger buiten het lichaam en uiteindelijk een computer die het signaal verwerkt - zoals hoe sonar informatie terugzendt naar een onderzeeër.

Aangezien er geen draden en / of interne batterijbronnen zijn, beschadigen deze apparaten het lichaam niet of activeren ze immunologische afweermiddelen evenmin als de huidige, grotere technologie. Theoretisch zouden toekomstige iteraties van neuraal stof jarenlang, zelfs decennia, onopgemerkt binnen een persoon kunnen blijven en real-time feedback geven over wat er binnenin gebeurt, informeren over de behandeling van een aantal kwalen.

Alle opwinding en sci-fi-toepassingen opzij, Maharbiz waarschuwt terughoudend enthousiasme bij mensen die geïnteresseerd zijn in de technologie: "Ik krijg altijd e-mails, mensen vragen me om vrijwilligerswerk te doen." Hij benadrukt de noodzaak van veiligheidsprotocollen, duurzaamheidstests en klinische proeven en dat de capaciteiten van cyborg nog ver verwijderd zijn.

"Hoewel de medische toepassingen potentieel erg groot zijn, zijn we nog maar net begonnen aan deze weg." Deze eerste-van-zijn-soort is veelbelovend, maar we zijn ver verwijderd van de controle van neurale stoffen bij het bezoek van onze volgende arts.