"Neural Dust" dämpar oss närmare Implanted Realtime Health Monitoring

De ingenjörer som utvecklade systemet kallar det "neuralt damm". Det är ett bra namn. Om de någonsin tröttnar på att vara banbrytande innovatörer kan de förmodligen gå över till marknadsföring.

Teamet som arbetar vid University of California, Berkeley ledt av José Carmena, en neurovetenskaplig och Michel Maharbiz, en elektrikertekniker, teoretiserade först möjligheten till implantat i millimeterstorlek - driven av ultraljud - i ett 2013-papper som publicerades i tidningen arXiv. Nu, genom experiment-of-concept-experiment, kan de ha revolutionerat framtiden för implanterbara medicinska övervakningsanordningar.

I sitt papper som publicerades i juli-numret av tidningen Nervcell, Maharbiz team beskriver hur de kunde ansluta små sensorer till en råtters sciatic nerv för att övervaka impulser i realtid. "Den stora" ah-ha "var att vi insåg att byggandet av ett system som använde ultraljud gjorde det möjligt för oss att bygga extremt små enheter", berättar Maharbiz Omvänd. "De vi visade var en millimeter i storlek eller så och vi aggressivt miniatyriserar dem nu." Medan liten är cool gör det inte mycket bra om data inte kan extraheras och användas.

Neuralt damm är så lovande för, i Marharbiz ord, "Din kropp är ganska transparent för ultraljud. Vi är väldigt glada att ultraljud fungerat så bra som det gjorde. Det ser verkligen ut att du kan bygga riktigt små implantat på det här sättet, och det ser ut som om du kan ändra enheten för att göra alla sorters saker."

"Du kan placera dessa var som helst"

Hans spänning är palpabel när man talar om de många olika applikationerna som denna teknik kan anpassas för att utföra: "Du kan placera dessa var som helst och de kan rapportera tillbaka saker du vill mäta om organ, som tryck, pH-balans och syrgasnivåer. Du kan använda dem för att interagera med proteser eller ge nervstimulering för att behandla problem med blåsor och muskler, "men han försiktar att dessa är långsiktiga mål.

På kort sikt arbetar Maharbiz team redan med att fördjupa sensorns förmåga att läsa enskilda neuroner, snarare än brutna avbrott av nervklyftor. De arbetar också för att lägga till funktionalitet i kretsen för att skapa nervstimuleringsmöjligheter, ett nödvändigt steg för att skapa ett sluten slingningssystem som krävs för trådlösa man / maskingränssnitt.

Sådana genombrott skulle kunna ge mer fri rörelsefrihet till människor som Erik. Han kan inte flytta sina muskler, så nuvarande teknik som är tillgänglig för människor som denna Marine, kommer inte att fungera för honom. Gränssnittsalternativet för Erik fungerar genom trådar gängade till neurala implantat genom hål i skalle, vilket inte är idealiskt. Förhoppningen är att neuralt damm kan en dag göra de här kablarna föråldrade.

Allt detta är allt möjligt med speciella kristaller. Dessa stenar kallas piezoelektriska kristaller, är unika genom att de alstrar en liten ström av el när deras form är förvrängd. En annan del av systemet, ett något större (0,8x1x3 mm) implantat, kallat en mod, placeras strax under huden och ger ultraljudsvibrationer för att skapa denna effekt. Kristallerna vibrerar, snedvrider och driver den lilla kretsen på den sensoriska utrustningen med partikelformig storlek.

När kretsen registrerar en åtgärd på vad den övervakar, reverserar den processen. Det gör en liten förändring av kristallens vibrationer och den förändringen krusningar tillbaka genom ultraljudets vågor tillbaka till mote, sedan till en transceiver utanför kroppen och slutligen en dator som behandlar signalen - som om hur sonar skickar information tillbaka till en u-båt.

Eftersom det inte finns några ledningar och / eller interna batterikällor skadar dessa enheter inte kroppen eller aktiverar immunologiska försvar lika mycket som nuvarande, större teknik. Teoretiskt kan framtida iterationer av neuralt damm förbli inuti en person, obemärkt, i åratal, till och med årtionden, och ge realtids återkoppling av vad som händer inuti, informera om behandlingen av ett antal sjukdomar.

Alla spännings- och sci-fi-applikationer åt sidan, Maharbiz försäkrar upprepad entusiasm bland folk som är intresserade av tekniken, "Jag får e-post hela tiden, folk frågar mig att volontär." Han betonar behovet av säkerhetsprotokoll, hållbarhetsprov och kliniska försök och att cyborg förmågor är långt ifrån.

"Medan de medicinska applikationerna är potentiellt stora, börjar vi bara med den här vägen." Denna första teknik är lovande, men vi är långt borta från neurala dammkontroller vid vår nästa doktors besök.