پژوهشهای عصبی در دهههای اخیر با پیشرفت فناوریهای میکروالکترونیک و نانوفناوری تحول عظیمی یافتهاند. ثبت فعالیت مغزی بدون ایجاد آسیب بافتی و با دقت بالا همواره یکی از چالشهای اصلی علوم اعصاب بوده است. پژوهش جدید محققان دانشگاه کرنل، توسعه ایمپلنتی فوقریز و بیسیم را ممکن کرده که اندازهای کوچکتر از یک دانه نمک دارد و قادر است فعالیت مغز را برای مدت طولانی ردیابی کند. این فناوری میتواند افقهای تازهای در مطالعه مغز و درمان بیماریهای عصبی باز کند.
توسعه ایمپلنت فوق ریز MOTE
تحقیقات تیم دانشگاه کرنل به تولید ایمپلنتی موسوم به «الکترود اپتوالکترونیک میکرو مقیاس بدون سیم» یا MOTE منجر شد. این دستگاه دارای طول ۳۰۰ میکرون و عرض ۷۰ میکرون است، تقریباً برابر با قطر یک تار موی انسان و به راحتی روی یک دانه نمک قرار میگیرد. با این ابعاد کوچک، ایمپلنت قادر است بدون ایجاد آسیب و تحریک سیستم ایمنی مغز، فعالیت عصبی را با دقت بسیار بالا ثبت کند.
مزیت اصلی MOTE در کاهش آسیب بافتی و حداقل کردن واکنش ایمنی است که یکی از محدودیتهای اصلی ایمپلنتهای سنتی به شمار میرود. در حالی که الکترودها و فیبرهای نوری قدیمی بافت اطراف خود را تحریک میکردند، ابعاد فوقریز این ایمپلنت مانع از بروز التهاب و جراحت میشود و دوام طولانیمدت آن را تضمین میکند.
نحوه عملکرد و ثبت داده ها
MOTE از پرتوهای لیزر قرمز و مادون قرمز برای تأمین انرژی و انتقال داده استفاده میکند. این پرتوها بدون آسیب به بافت مغز از آن عبور میکنند و دادههای الکتریکی مغز را از طریق پالسهای نور مادون قرمز رمزگذاری و به بیرون منتقل میکنند. یک دیود نیمهرسانا انرژی نور را جذب و مجدداً برای ارسال دادهها ساطع میکند. این فرآیند مشابه مدولاسیون موقعیت پالس در ارتباطات ماهوارهای است و با مصرف انرژی بسیار کم، ثبت فعالیتهای عصبی را ممکن میسازد.
این سیستم به پژوهشگران اجازه میدهد تا فعالیت سیناپسی و الگوهای گسترده نورونها را به صورت دقیق و طولانیمدت رصد کنند، بدون آنکه نیازی به تغییر ژنتیکی یا تحریک نورونها باشد. علاوه بر این، سرعت ثبت دادهها بهمراتب بالاتر از سیستمهای تصویربرداری فعلی است.
آزمایش های حیوانی و نتایج
برای ارزیابی کارایی MOTE، پژوهشگران ابتدا آن را در کشتهای سلولی آزمایش کردند و سپس در قشر بشکهای مغز موشها کاشتند، ناحیهای که اطلاعات حسی از سبیلها را پردازش میکند. نتایج نشان داد که طی یک سال، ایمپلنت توانست فعالیتهای الکتریکی نورونها و سیناپسها را به طور دقیق ثبت کند و موشها هیچگونه کاهش سلامت یا رفتار غیرعادی از خود نشان ندادند.
این دستاورد نشاندهنده امکان ردیابی طولانیمدت فعالیت مغز با حداقل آسیب بافتی و بدون نیاز به فناوریهای مداخلهای پیچیده است.
مزایای کلیدی نسبت به روش های سنتی
- حداقل واکنش ایمنی: به دلیل اندازه فوقریز، بافت اطراف ایمپلنت تحریک نمیشود.
- عدم نیاز به اصلاح ژنتیکی نورونها: برخلاف برخی روشهای اپتوژنتیک، فعالیت نورونها به صورت طبیعی ثبت میشود.
- ثبت سریع و دقیق دادهها: اطلاعات نورونی با سرعت و کیفیت بالاتری نسبت به روشهای تصویربرداری مرسوم منتقل میشوند.
- پایداری طولانیمدت: ایمپلنت میتواند فعالیت مغز را برای بیش از یک سال رصد کند.
این مزایا MOTE را به ابزاری ایدهآل برای پژوهشهای عصبی، مطالعات بیماریهای مغزی و حتی کاربردهای آینده در رابط مغز–ماشین تبدیل کرده است.
نتیجه گیری
ایمپلنت بیسیم MOTE نویدبخش تحولی در علوم اعصاب است و محدودیتهای قدیمی ثبت فعالیت مغزی، از جمله آسیب بافتی و واکنش ایمنی، را به حداقل میرساند. این فناوری میتواند راه را برای درک بهتر مغز، مطالعه بیماریهای عصبی مزمن و توسعه روشهای نوین درمانی هموار کند. با توسعه ابزارهای میکروالکترونیک و فناوریهای نوری، ثبت دقیق فعالیتهای عصبی به صورت طولانیمدت و غیرتهاجمی اکنون در دسترس است و افقهای تازهای در پژوهش و درمان علوم اعصاب باز میکند.
https://shorturl.fm/S1UbZ