Implante neural menor que um grão de sal pode rastrear cérebro sem fio

Pesquisadores e colaboradores da Universidade Cornell desenvolveram um implante neural tão pequeno que pode repousar sobre um grão de sal, mas pode transmitir sem fio dados de atividade cerebral em um animal vivo por mais de um ano.

O avanço, detalhado 3 de novembro em Eletrônica da Naturezademonstra que os sistemas microeletrônicos podem funcionar em uma escala sem precedentes, abrindo novas possibilidades para monitoramento neural, detecção biointegrada e outras aplicações.

O desenvolvimento do dispositivo, denominado eletrodo optoeletrônico sem fio em microescala, ou MOTE, foi co-liderado por Alyosha Molnar, professor da escola de engenharia elétrica e da computação, e Sunwoo Lee, professor assistente da Universidade Tecnológica de Nanyang que começou a trabalhar na tecnologia como associado de pós-doutorado no laboratório de Molnar.

Alimentado por feixes de laser vermelho e infravermelho que passam inofensivamente pelo tecido cerebral, o MOTE transmite dados usando minúsculos pulsos de luz infravermelha, que codificam os sinais elétricos do cérebro. Um diodo semicondutor feito de arseneto de alumínio e gálio captura energia luminosa para alimentar o circuito e emite luz para comunicar os dados. Para apoiar isso, há um amplificador de baixo ruído e um codificador óptico construídos usando a mesma tecnologia de semicondutores dos microchips comuns.

O MOTE tem cerca de 300 mícrons de comprimento e 70 mícrons de largura.

“Até onde sabemos, este é o menor implante neural que irá medir a atividade elétrica no cérebro e depois reportá-la sem fio”, disse Molnar. “Ao usar modulação de posição de pulso para o código – o mesmo código usado em comunicações ópticas para satélites, por exemplo – podemos usar muito, muito pouca energia para nos comunicar e ainda assim obter os dados de volta opticamente com sucesso.”

Os pesquisadores testaram o MOTE primeiro em culturas de células e depois o implantaram no córtex dos ratos, a região do cérebro que processa informações sensoriais dos bigodes. Ao longo de um ano, o implante registou com sucesso picos de actividade eléctrica dos neurónios, bem como padrões mais amplos de actividade sináptica – tudo isto enquanto os ratos permaneciam saudáveis ​​e activos.

“Uma das motivações para fazer isso é que os eletrodos tradicionais e as fibras ópticas podem irritar o cérebro”, disse Molnar. “O tecido se move ao redor do implante e pode desencadear uma resposta imunológica. Nosso objetivo era tornar o dispositivo pequeno o suficiente para minimizar essa interrupção e, ao mesmo tempo, capturar a atividade cerebral mais rapidamente do que os sistemas de imagem, e sem a necessidade de modificar geneticamente os neurônios para geração de imagens.”

Molnar disse que a composição do material do MOTE poderia tornar possível a coleta de registros elétricos do cérebro durante exames de ressonância magnética, o que em grande parte não é viável com os implantes atuais. A tecnologia também poderia ser adaptada para uso em outros tecidos, como a medula espinhal, e até mesmo combinada com inovações futuras, como a optoeletrônica incorporada em placas cranianas artificiais.