Беспроводная стимуляция нейронов с помощью миниатюрных имплантов

Исследователи из США создали полностью беспроводной прототип оптического нейростимулятора для оптогенетики, который избавляет от необходимости использования громоздких кабелей и батарей.

Суть разработки

Команда под руководством Васифа Хана объединила микроскопический светодиод (µLED) с двумя миллиметровыми катушками, создав систему индукционной зарядки. Эта система доставляет мгновенную мощность на биологически безопасных частотах (<100 МГц) в экспериментальной модели на грызунах (крысах).

Ключевые особенности и результаты

• Миниатюрность: Приемная катушка (R_X) имеет миллиметровый размер, что снижает риск инфекции и травмы при имплантации.
• Беспроводность и автономность: Устройство свободно плавающее, не имеет батареи и проводов (untethered).
• Безопасность: Во время стимуляции нейронов в зрительной коре повышение температуры оставалось ниже критического порога в 1°C.
• Эффективность: Микроотражатель, сопряженный с µLED, значительно усилил интенсивность света по сравнению с обычным светодиодом. Это позволяет эффективно стимулировать глубокие области мозга без инвазивного проникновения.
• Подтверждение in vivo: Эксперименты на крысах с экспрессией каналродопсина-2 подтвердили эффективность. Иммуногистохимический анализ показал повышенную экспрессию маркера нейронной активности c-Fos (зеленый цвет) в стимулированной зрительной коре.

Значение работы

Разработка представляет собой шаг к созданию полностью имплантируемых миниатюрных систем для длительной диагностики и терапии заболеваний нервной системы. Устройство позволяет изучать передачу сенсорной информации и фундаментальные биологические процессы (голод, жажда, дыхание) без изменения естественного поведения животного.

Исследование опубликовано в журнале Microsystems and Nanoengineering.