नमक के दाने से भी छोटा तंत्रिका प्रत्यारोपण वायरलेस तरीके से मस्तिष्क को ट्रैक कर सकता है

कॉर्नेल विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं और सहयोगियों ने एक तंत्रिका प्रत्यारोपण विकसित किया है जो इतना छोटा है कि यह नमक के एक दाने पर भी आराम कर सकता है, फिर भी यह एक वर्ष से अधिक समय तक जीवित जानवर में मस्तिष्क गतिविधि डेटा को वायरलेस तरीके से प्रसारित कर सकता है।

महत्वपूर्ण खोज, विस्तृत 3 नवंबर इन प्रकृति इलेक्ट्रॉनिक्सदर्शाता है कि माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक सिस्टम अभूतपूर्व रूप से छोटे पैमाने पर कार्य कर सकते हैं, जिससे तंत्रिका निगरानी, ​​जैव-एकीकृत सेंसिंग और अन्य अनुप्रयोगों के लिए नई संभावनाएं खुलती हैं।

डिवाइस का विकास, जिसे माइक्रोस्केल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक टेदरलेस इलेक्ट्रोड या एमओटीई कहा जाता है, का सह-नेतृत्व इलेक्ट्रिकल और कंप्यूटर इंजीनियरिंग स्कूल के प्रोफेसर एलोशा मोलनार और नानयांग टेक्नोलॉजिकल यूनिवर्सिटी के सहायक प्रोफेसर सनवू ली ने किया था, जिन्होंने पहली बार मोलनार की प्रयोगशाला में पोस्टडॉक्टरल एसोसिएट के रूप में प्रौद्योगिकी पर काम करना शुरू किया था।

लाल और अवरक्त लेजर किरणों द्वारा संचालित, जो मस्तिष्क के ऊतकों से हानिरहित रूप से गुजरती हैं, MOTE अवरक्त प्रकाश के छोटे दालों का उपयोग करके डेटा को वापस भेजता है, जो मस्तिष्क के विद्युत संकेतों को एन्कोड करता है। एल्यूमीनियम गैलियम आर्सेनाइड से बना एक अर्धचालक डायोड सर्किट को बिजली देने के लिए प्रकाश ऊर्जा को कैप्चर करता है और डेटा संचार करने के लिए प्रकाश उत्सर्जित करता है। इसका समर्थन एक कम शोर वाला एम्पलीफायर और ऑप्टिकल एनकोडर है जो रोजमर्रा के माइक्रोचिप्स में समान अर्धचालक तकनीक का उपयोग करके बनाया गया है।

MOTE लगभग 300 माइक्रोन लंबा और 70 माइक्रोन चौड़ा है।

मोलनार ने कहा, “जहां तक ​​हम जानते हैं, यह सबसे छोटा तंत्रिका प्रत्यारोपण है जो मस्तिष्क में विद्युत गतिविधि को मापेगा और फिर इसे वायरलेस तरीके से रिपोर्ट करेगा।” “कोड के लिए पल्स पोजीशन मॉड्यूलेशन का उपयोग करके – उदाहरण के लिए, उपग्रहों के लिए ऑप्टिकल संचार में उपयोग किया जाने वाला समान कोड – हम संचार करने के लिए बहुत, बहुत कम शक्ति का उपयोग कर सकते हैं और फिर भी सफलतापूर्वक डेटा को ऑप्टिकली वापस प्राप्त कर सकते हैं।”

शोधकर्ताओं ने पहले सेल कल्चर में एमओटीई का परीक्षण किया और फिर इसे चूहों के बैरल कॉर्टेक्स में प्रत्यारोपित किया, मस्तिष्क क्षेत्र जो मूंछों से संवेदी जानकारी संसाधित करता है। एक वर्ष के दौरान, प्रत्यारोपण ने न्यूरॉन्स से विद्युत गतिविधि के स्पाइक्स के साथ-साथ सिनैप्टिक गतिविधि के व्यापक पैटर्न को सफलतापूर्वक दर्ज किया – जबकि माउस स्वस्थ और सक्रिय रहा।

मोलनार ने कहा, “ऐसा करने का एक कारण यह है कि पारंपरिक इलेक्ट्रोड और ऑप्टिकल फाइबर मस्तिष्क को परेशान कर सकते हैं।” “ऊतक इम्प्लांट के चारों ओर घूमता है और एक प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को ट्रिगर कर सकता है। हमारा लक्ष्य डिवाइस को इतना छोटा बनाना था कि उस व्यवधान को कम किया जा सके, साथ ही इमेजिंग की तुलना में मस्तिष्क की गतिविधि को तेजी से कैप्चर किया जा सके, और इमेजिंग सिस्टम के लिए न्यूरॉन्स को आनुवंशिक रूप से संशोधित करने की आवश्यकता के बिना।”

मोल्नार ने कहा कि MOTE की सामग्री संरचना एमआरआई स्कैन के दौरान मस्तिष्क से विद्युत रिकॉर्डिंग एकत्र करना संभव बना सकती है, जो वर्तमान प्रत्यारोपण के साथ काफी हद तक संभव नहीं है। प्रौद्योगिकी को रीढ़ की हड्डी जैसे अन्य ऊतकों में उपयोग के लिए भी अनुकूलित किया जा सकता है, और कृत्रिम खोपड़ी प्लेटों में एम्बेडेड ऑप्टो-इलेक्ट्रॉनिक्स जैसे भविष्य के नवाचारों के साथ भी जोड़ा जा सकता है।