De er bittesmå, trådløse, batteriløse sensorer som ikke er større enn et stykke sand. Men i fremtiden kan disse “nevrale støv” -sensorene brukes til å drive proteser, overvåke orgels helse og spore utviklingen av svulster.
Et team av ingeniører og nevrovitenskapsmenn ved University of California, Berkeley, har jobbet med teknologien i et halvt tiår. De har nå klart å implantere sensorene inne i rotter, der de overvåker nerve- og muskelimpulser via ultralyd. Forskningen deres vises i tidsskriftet Neuron .
"Det er mye spennende som dette åpner for døren, " sier Michel Maharbiz, professor i ingeniørfag og en av studiens to hovedforfattere.
Nevrale støvsensorer utviklet av Maharbiz og hans medforfatter, nevrovitenskapsmann Jose Carmena, består av en piezoelektrisk krystall (som produserer en spenning som respons på fysisk trykk) koblet til en enkel elektronisk krets, alle montert på et bittelitt polymertavle. En endring i nerve eller muskelfiber som omgir sensoren, endrer krystallens vibrasjoner. Disse svingningene, som kan fanges opp med ultralyd, gir forskere en følelse av hva som kan skje dypt inne i kroppen.
Nevralt støvdiagram (UC Berkeley) Å bygge grensesnitt for å registrere eller stimulere nervesystemet som også vil vare inne i kroppen i flere tiår har vært et mangeårig puslespill, sier Maharbiz. Mange implantater brytes ned etter et år eller to. Noen krever ledninger som stikker ut fra huden. Andre jobber ganske enkelt ikke effektivt. Historisk har forskere brukt radiofrekvens for å kommunisere med medisinske implantater. Dette er greit for større implantater, sier Maharbiz. Men for bittesmå implantater som nevralt støv, er radiobølger for store til å fungere effektivt. Så teamet prøvde i stedet ultralyd, som viser seg å fungere mye bedre.
Fremover eksperimenterer teamet med å bygge nevrale støvsensorer av en rekke forskjellige materialer som er trygge for bruk i menneskekroppen. De prøver også å gjøre sensorene mye mindre, små nok til å faktisk passe inni nervene. Så langt har sensorene blitt brukt i det perifere nervesystemet og i muskler, men hvis de er krympet, kan de potensielt implanteres direkte i sentralnervesystemet eller hjernen.
Nevralt støv implantert i en rotte (UC Berkeley) Mindre operasjoner var nødvendig for å få sensorene inni rottene. Teamet jobber for tiden med mikroskirurger for å se hva slags laparoskopiske eller endoskopiske teknologier som kan være best for å implantere enhetene på en minimalt invasiv måte.
Det kan gå år før teknologien er klar for testing av mennesker, sier Maharbiz. Men nede i veien har nevralstøvet potensial til å bli brukt til å drive proteser via nerveimpulser. En lam person kunne teoretisk kontrollere en datamaskin eller en amputerte kunne drive en robothånd ved hjelp av sensorene. Nevralt støv kan også brukes til å spore helsedata, for eksempel oksygennivåer, pH eller tilstedeværelsen av visse kjemiske forbindelser, eller for å overvåke organfunksjon. Hos kreftpasienter kan sensorer implantert nær svulster løpende følge med på veksten deres.
"Det er en ny grense, " sier Maharbiz. "Det er bare utrolig mye du kan gjøre."
