'Neural Dust' presser oss nærmere til Implanted Realtime Health Monitoring

Ingeniører som utviklet systemet kaller det "neural støv." Det er et flott navn. Hvis de noen gang trenger av å være banebrytende innovatører, kan de sannsynligvis bytte til markedsføring.

Teamet som jobber ut av University of California, Berkeley ledet av José Carmena, en nevroforsker, og Michel Maharbiz, en elektroingeniør, teoretiserte først muligheten for millimeter-store implantater - drevet av ultralyd - i et 2013-papir som ble publisert i tidsskriftet arxiv. Nå, ved hjelp av proof-of-concept-eksperimenter, kan de ha revolusjonert fremtiden for implanterbare medisinske overvåkingsenheter.

I deres papir publisert i juli nummer av journalen neuron, Maharbiz team beskriver hvordan de kunne koble små sensorer til rotteens skiatic nerve for å overvåke impulser i sanntid. "Den store" ah-ha "var at vi innså at bygging av et system som brukte ultralyd, tillot oss å bygge ekstremt små enheter, forteller Maharbiz Omvendt. "De vi viste var en millimeter i størrelse eller så, og vi aggressivt miniatyriserer dem nå." Mens lite er kult, gjør det ikke så bra hvis dataene ikke kan hentes ut og brukes.

Neural støv er så lovende fordi, i Marharbiz ord, "Kroppen din er ganske gjennomsiktig for ultralyd. Vi er veldig glade for at ultralydet fungerte så godt som det gjorde. Det ser virkelig ut som om du kunne bygge veldig små implantater på denne måten, og det ser ut som om du kan endre enheten til å gjøre alle slags ting."

"Du kan plassere disse hvor som helst"

Hans spenning er palpabel når man snakker om de mange forskjellige bruksområder denne teknologien kan tilpasses til å utføre: "Du kan plassere disse hvor som helst og de kan rapportere tilbake ting du vil måle om organer, som trykk, pH-balanse og oksygenivå. Du kan bruke dem til å interagere med protese eller gi nervestimulering for å behandle blære- og muskelkontrollproblemer, "men han advarer om at dette er langsiktige mål.

På kort sikt arbeider Maharbiz team allerede med å avgrense sensorens evne til å lese individuelle nevroner, i stedet for brutale skudd av nerveklynger. De jobber også for å legge til funksjonalitet i kretsen for å skape nervestimulerende evner, et nødvendig skritt for å skape et lukket kretssystem som kreves for trådløse mann / maskingrensesnitt.

Slike gjennombrudd kan tillate mer bevegelsesfrihet til folk som Erik. Han er ikke i stand til å bevege musklene sine, så dagens teknologi tilgjengelig for personer som denne Marine, vil ikke fungere for ham. Grensesnittet for Erik opererer gjennom ledninger som er gjenget til nevrale implantater gjennom hull i hodeskallen, noe som ikke er ideelt. Håpet er at neural støv kan en dag gjøre disse ledningene foreldet.

Alt dette er alt mulig gjort av spesielle krystaller. Disse bergarter, kalt piezoelektriske krystaller, er unike ved at de genererer en liten strøm av strøm når formen er forvrengt. En annen komponent av systemet, et litt større (0,8x1x3 mm) implantat, kalt en mote, er plassert like under huden og produserer ultralydvibrasjonene for å skape denne effekten. Krystallene vibrerer, forvrenger og driver den lille kretsen på sensorisk utstyr i partikkelformet størrelse.

Når kretsen registrerer en handling på hva den overvåker, reverserer den prosessen. Det gjør en liten forandring til krystallets vibrasjoner, og den forandrer ripples tilbake gjennom ultralydsbølgene tilbake til moten, deretter til en transceiver utenfor kroppen og til slutt en datamaskin som behandler signalet - som om hvordan sonar sender informasjon tilbake til en undervannsbåt.

Siden det ikke er noen ledninger og / eller interne batterikilder, skader disse enhetene ikke kroppen eller aktiverer immunologiske forsvar så mye som dagens, større teknologi. Teoretisk sett kan fremtidige iterasjoner av neuralt støv forblir inne i en person, ubemerket, i mange år, til og med tiår, og gi sanntids tilbakemelding om hva som skjer inni, og informerer om behandlingen av et antall plager.

Alle spenning og sci-fi-programmer til side, Maharbiz advarer mot entusiasme blant folk som er interessert i teknologien. "Jeg mottar epost hele tiden, folk ber meg om å frivillig." Han understreker behovet for sikkerhetsprotokoller, holdbarhetstest og klinisk forsøk og at cyborg evner er langt unna.

"Selv om medisinske applikasjoner er potensielt svært store, begynner vi bare ned denne veien." Denne førsteklasses teknologien er lovende, men vi er langt fra neurale støvkontroller ved neste doktors besøk.