تُعتبر الغرسات العصبية الحديثة أصغر حجمًا من أي وقت مضى، لكنها غالبًا ما تظل مرهقة وعرضة للمضاعفات. وفقًا لباحثين من جامعة كورنيل، قد يقدم نموذج جديد تم تفصيله هذا الأسبوع في مجلة Nature Electronics مسارًا مبتكرًا لمستقبل غرسات الدماغ. هذا الجهاز المعروف باسم القطب الكهربائي الضوئي المجهري غير المقيد (MOTE) صغير بما يكفي ليوضع على حبة أرز، وهو أصغر بكثير من الغرسات المماثلة، كما يمكن تكييف تصميمه للعمل في مناطق أخرى حساسة من الجسم.
“على حد علمنا، هذا هو أصغر غرسة عصبية يمكنها قياس النشاط الكهربائي في الدماغ ثم نقل البيانات لاسلكيًا،” كما صرح مهندس الكهرباء والمشارك في الدراسة أليوشا مولنار.
يبلغ طول جهاز MOTE 300 ميكرون فقط وعرضه 70 ميكرون، أي ما يعادل تقريبًا عرض شعرة إنسان واحدة. يعمل الجهاز عن طريق ترميز الإشارات العصبية ضمن نبضات صغيرة من الضوء تحت الحمراء، قبل إرسال المعلومات بشكل آمن عبر أنسجة الدماغ والعظام إلى جهاز استقبال. وعلى الرغم من أن مولنار تصور نموذجًا أوليًا لجهاز MOTE في عام 2001، إلا أن الأمر استغرق أكثر من عقدين قبل أن ينطلق المشروع فعليًا.
صمم هو وزملاؤه الغرسة لتعتمد على ثنائي شبه موصل مصنوع من زرنيخيد الألومنيوم والغاليوم. تتيح هذه المادة للجهاز حصد طاقة الضوء للتشغيل مع إصدار الضوء أيضًا لإرسال البيانات. يتم دعم الثنائي بمضخم منخفض الضوضاء ومشفر ضوئي باستخدام نفس مبادئ الإرسال المستخدمة في الرقائق الإلكترونية القياسية. يتم نقل البيانات من خلال تعديل موضع النبضة – وهي نفس التقنية المستخدمة في العديد من أنظمة الاتصالات البصرية للأقمار الصناعية.
“يمكننا استخدام قدر ضئيل جدًا من الطاقة للتواصل مع النجاح في استرجاع البيانات بصريًا،” كما أوضح مولنار.
اختبر الفريق جهاز MOTE أولاً في مزارع خلوية مختبرية قبل الانتقال إلى تجارب على الفئران. خلال التجارب، زرعوا الجهاز في قشرة البرميل لدى القوارض، وهي منطقة الدماغ التي تطورت لمعالجة المدخلات الحسية من الشوارب. ولأكثر من عام، سجل MOTE بشكل موثوق ارتفاعات النشاط العصبي إلى جانب الأنشطة المشبكية الأوسع لدى الفئران النشطة والسليمة.
أحد العيوب الرئيسية لمعظم غرسات الدماغ الحالية هو أنها لا يمكن أن تعمل عندما يخضع المريض للمراقبة الكهربائية مثل التصوير بالرنين المغناطيسي. ومع ذلك، فإن جهاز MOTE مصنوع من مواد تسمح له بتجاوز هذه المشكلة تمامًا. كما تحل قدراته اللاسلكية مشكلة متكررة أخرى للغرسات.
“أحد دوافع القيام بهذا العمل هو أن الأقطاب الكهربائية التقليدية والألياف البصرية يمكن أن تسبب تهيجًا للدماغ. تتحرك الأنسجة حول الغرسة ويمكن أن تثير استجابة مناعية،” قال مولنار. “كان هدفنا جعل الجهاز صغيرًا بما يكفي لتقليل الاضطراب مع الاستمرار في التقاط نشاط الدماغ بسرعة أكبر من أنظمة التصوير، ودون الحاجة إلى تعديل الخلايا العصبية وراثيًا للتصوير.”
تتجاوز الآثار المترتبة مجرد مراقبة الدماغ. يثق فريق مولنار في أن التصميم الأساسي لجهاز MOTE يمكن أن يسمح بتكييفه للأنسجة الأخرى، حتى في المناطق الحساسة مثل الحبل الشوكي. كما قد يكون له استخدامات إذا تم دمجه داخل صفائح جمجمة اصطناعية.
“توفر تقنيتنا الأساس للوصول إلى مجموعة متنوعة من الإشارات الفسيولوجية باستخدام أجهزة صغيرة وغير مقيدة مزروعة على نطاقات زمنية مزمنة،” كما خلص مؤلفو الدراسة.
