Un implant cerebral conectat la internet permite stimularea neuronală și administrarea de medicamente de la distanță
Un cercetător din Chicago controlează de la distanță un implant cerebral miniaturizat din Daejeon, Coreea de Sud, prin intermediul internetului.
Cercetătorii coreeni au creat un dispozitiv wireless capabil să administreze medicamente și lumină pentru a modula cu precizie neuronii țintiți din orice colț al lumii. Această tehnologie promite să depășească constrângerile de distanță și locație, sprijinind studii pe termen lung asupra tulburărilor cerebrale și dezvoltarea viitoare a dispozitivelor terapeutice.
KAIST (președinte Choongsik Bae) a anunțat pe 27 august că o echipă de cercetare condusă de profesorul Jae-Woong Jeong de la Școala de Inginerie Electrică, în colaborare cu echipa profesorului Wha Young Kim de la Colegiul de Medicină al Universității Yonsei, a dezvoltat un implant neural wireless, activat prin IoT, care integrează livrarea de medicamente, stimulare optică, comunicare wireless și control la distanță bazat pe internet într-un singur dispozitiv miniaturizat.
Studiile convenționale care implicau stimularea optică sau livrarea de medicamente către creier necesitau adesea echipamente voluminoase conectate prin cabluri, limitând mișcarea naturală a animalelor experimentale. Chiar și dispozitivele wireless aveau propriile limitări, necesitând adesea ca cercetătorii să opereze la distanțe mici, ceea ce restricționa flexibilitatea experimentului și introducea efectul observatorului.
Pentru a depăși aceste limitări, echipa de cercetare a dezvoltat implantul cerebral cu conectivitate IoT. Chiar și fără a fi fizic prezent în laborator, cercetătorii pot administra de la distanță medicamente sau stimula neuronii specifici ai creierului cu lumină în timp real, prin intermediul internetului. Dispozitivul poate fi, de asemenea, programat să funcționeze automat la o oră prestabilită.
Dimensiunea dispozitivului este comparabilă cu a unui cub de zahăr și este conceput pentru a nu interfera cu comportamentul natural al animalului. Cercetătorii nu mai trebuie să se apropie sau să manipuleze echipamentele în apropierea animalului, ceea ce reduce stresul cauzat de prezența lor, care poate afecta comportamentul animalului și poate distorsiona rezultatele experimentale.
Implantul conține un sistem microfluidic care livrează cu precizie medicamente într-o regiune țintită a creierului, precum și un micro-LED care permite controlul optic al neuronilor specifici. Livrarea de medicamente și stimularea optică pot fi controlate independent sau combinate.
Rezervorul de medicamente este conceput pentru a fi detașabil magnetic. Chiar și după epuizarea medicamentului, cercetătorii pot înlocui sau reumple rezervorul fără a necesita o nouă intervenție chirurgicală de implantare, permițând astfel experimente pe termen lung și repetate.
Echipa de cercetare a implantat dispozitivul în șobolani și a verificat performanța acestuia pe parcursul unei perioade de patru săptămâni. În special, un cercetător din Chicago a operat cu succes implantul cerebral din Daejeon, Coreea, în timp real, prin intermediul internetului, demonstrând că dispozitivul poate funcționa fiabil pe distanțe intercontinentale.
De asemenea, echipa a efectuat un experiment în care cocaina a fost administrată wireless în creierul unui șobolan, în timp ce neuronii specifici au fost stimulați simultan cu lumină. Rezultatele au arătat că răspunsurile comportamentale asociate dependenței pot fi suprimat, demonstrând potențialul combinării livrării de medicamente și stimulării optice pentru cercetarea circuitelor neuronale.
Prin eliminarea necesității ca cercetătorii să opereze echipamentele direct lângă animalele de experiment, această tehnologie permite studii pe termen lung despre relația dintre circuitele cerebrale și comportament în condiții naturale. Este de așteptat să fie utilă în studiul condițiilor care implică modificări pe termen lung în funcția circuitelor neuronale și comportament, cum ar fi dependența, depresia și bolile neurodegenerative.
Tehnologia ar putea, în cele din urmă, să paveze calea pentru dezvoltarea dispozitivelor medicale implantabile inteligente care combină detectarea stării cerebrale cu AI pentru a livra medicamente sau stimulare neurală precis atunci când este necesar.
„Această tehnologie transformă implanturile cerebrale wireless care utilizează lumină și medicamente din instrumente de control pe distanțe scurte în platforme de inginerie cerebrală bazate pe IoT, capabile de experimente automate și la distanță pe termen lung”, a declarat profesorul Jae-Woong Jeong.
Profesorul Wha Young Kim a afirmat: „Această platformă permite cercetătorilor să controleze de la distanță și cu precizie circuitele cerebrale specifice pentru perioade extinse, în timp ce animalele se mișcă liber în condiții naturale.” A adăugat că „se așteaptă să devină un instrument important pentru identificarea relațiilor cauzale între circuitele neuronale și comportament în modele de boli, cum ar fi dependența, depresia și tulburările neurodegenerative.”
Eun Young Jeong și Jong Woo Park au fost coautori principali ai studiului, publicat pe 29 iulie în revista internațională Science Advances.
