De er små, trådløse, batteriløse sensorer, der ikke er større end et stykke sand. Men i fremtiden kunne disse “neurale støv” sensorer bruges til at drive protetik, overvåge orgelsundhed og spore udviklingen af tumorer.
Et team af ingeniører og neurovidenskabsmænd ved University of California, Berkeley, har arbejdet med teknologien i et halvt årti. De har nu formået at implantere sensorer inde i rotter, hvor de overvåger nerve- og muskelimpulser via ultralyd. Deres forskning vises i tidsskriftet Neuron .
”Der er en masse spændende ting, som dette åbner døren til, ” siger Michel Maharbiz, professor i ingeniørarbejde og en af undersøgelsens to hovedforfattere.
De neurale støvsensorer, der er udviklet af Maharbiz og hans medforfatter, neurovidenskabsmand Jose Carmena, består af en piezoelektrisk krystal (der producerer en spænding som reaktion på fysisk tryk) forbundet til et simpelt elektronisk kredsløb, alle monteret på et lille polymerkort. En ændring i nerve eller muskelfiber, der omgiver sensoren, ændrer krystalens vibrationer. Disse udsving, der kan fanges ved hjælp af ultralyd, giver forskerne en fornemmelse af, hvad der kan ske, dybt inde i kroppen.
Neuralt støvdiagram (UC Berkeley) Opbygning af grænseflader til registrering eller stimulering af nervesystemet, der også vil vare inde i kroppen i årtier, har været et langvarigt puslespil, siger Maharbiz. Mange implantater nedbrydes efter et år eller to. Nogle kræver ledninger, der stikker ud fra huden. Andre arbejder simpelthen ikke effektivt. Historisk har forskere brugt radiofrekvens til at kommunikere med medicinske implantater. Dette er fint til større implantater, siger Maharbiz. Men for små implantater som det neurale støv er radiobølger for store til at fungere effektivt. Så holdet prøvede i stedet ultralyd, hvilket viser sig at fungere meget bedre.
Fremover eksperimenterer teamet med at opbygge neurale støvsensorer ud af en række forskellige materialer, der er sikre til brug i den menneskelige krop. De prøver også at gøre sensorerne meget mindre, små nok til faktisk at passe ind i nerverne. Indtil videre er sensorerne blevet brugt i det perifere nervesystem og i muskler, men hvis de er skrumpet, kan de potentielt implanteres direkte i centralnervesystemet eller hjernen.
Neuralt støv implanteret i en rotte (UC Berkeley) Mindre operationer var nødvendige for at få sensorer inde i rotterne. Holdet arbejder i øjeblikket med mikrokirurger for at se, hvilke slags laparoskopiske eller endoskopiske teknologier der bedst kan bruges til at implantere enhederne på en minimalt invasiv måde.
Det kan gå år, før teknologien er klar til test af mennesker, siger Maharbiz. Men nede ad vejen har det neurale støv potentiale til at blive brugt til at drive protetik via nerveimpulser. En lammet person kunne teoretisk kontrollere en computer, eller en amputeret kunne tænke en robothånd ved hjælp af sensorerne. Neuralstøvet kan også bruges til at spore sundhedsdata, såsom iltniveauer, pH eller tilstedeværelsen af visse kemiske forbindelser eller til at overvåge organfunktion. Hos kræftpatienter kunne sensorer, der er implanteret i nærheden af tumorer, løbende overvåge deres vækst.
”Det er en ny grænse, ” siger Maharbiz. "Der er bare en fantastisk mængde, du kan gøre."
