La estimulación neural es una tecnología en desarrollo que tiene efectos terapéuticos beneficiosos en trastornos neurológicos, como la enfermedad de Parkinson. Si bien se han realizado muchos avances, los dispositivos implantados se deterioran con el tiempo y causan cicatrices en el tejido neural. En un artículo publicado recientemente, la Universidadde Takashi DY Kozai de Pittsburgh detalló un método de estimulación menos invasivo que usaría un electrodo ultrapequeño sin ataduras activado por luz, una técnica que puede mitigar el daño causado por los métodos actuales.
"Por lo general, con la estimulación neuronal, para mantener la conexión entre la mente y la máquina, hay un cable transcutáneo desde el electrodo implantado dentro del cerebro hasta un controlador fuera del cuerpo", dijo Kozai, profesor asistente de bioingeniería enPitt's Swanson School of Engineering. "El movimiento del cerebro o esta atadura conduce a inflamación, cicatrices y otros efectos secundarios negativos. Esperamos reducir parte del daño reemplazando este cable grande con luz de longitud de onda larga y un electrodo ultrapequeño y sin ataduras."
Kaylene Stocking, estudiante senior de bioingeniería e ingeniería informática, fue la primera autora del artículo titulado "Estimulación neural intracortical con electrodos de fibra de carbono ultrapequeños sin ataduras mediados por el efecto fotoeléctrico". Trabaja con el grupo de Kozai, el Laboratorio Biónico- para investigar cómo los investigadores pueden mejorar la longevidad de la tecnología de implantes neurales. Este trabajo se realizó en colaboración con Alberto Vásquez, profesor asociado de investigación de radiología y bioingeniería en Pitt.
El efecto fotoeléctrico se produce cuando una partícula de luz, o un fotón, golpea un objeto y provoca un cambio local en el potencial eléctrico. El grupo de Kozai descubrió sus ventajas mientras realizaba otras investigaciones de imágenes. Basado en la publicación de 1905 de Einstein sobre este efecto,se esperaba ver fotocorrientes eléctricas solo en longitudes de onda ultravioleta fotones de alta energía, pero experimentaron algo diferente.
"Cuando el efecto fotoeléctrico contaminó nuestra grabación electrofisiológica mientras obteníamos imágenes con un láser de infrarrojo cercano fotones de baja energía, nos sorprendimos un poco", explicó Kozai. "Resultó que la ecuación original tuvo que ser modificada paraexplica este resultado. Probamos numerosas estrategias para eliminar este artefacto fotoeléctrico, pero no tuvimos éxito en cada intento, por lo que convertimos el 'error' en una 'característica' ".
"Nuestro grupo decidió usar esta característica del efecto fotoeléctrico para nuestra ventaja en la estimulación neuronal", dijo Stocking. "Usamos el cambio en el potencial eléctrico con un láser de infrarrojo cercano para activar un electrodo sin ataduras en el cerebro".
El laboratorio creó un implante de fibra de carbono que tiene 7-8 micrones de diámetro, o aproximadamente el tamaño de una neurona 17-27 micrones, y Stocking simuló su método en un cerebro fantasma usando un microscopio de dos fotones.las propiedades y analizaron los efectos para ver si el potencial eléctrico del efecto fotoeléctrico estimulaba las células de una manera similar a la estimulación neuronal tradicional.
"Descubrimos que la fotoestimulación es efectiva", dijo Stocking. Los aumentos de temperatura no fueron significativos, lo que reduce la posibilidad de daño por calor, y las células activadas estaban más cerca del electrodo que en la estimulación eléctrica en condiciones similares, lo que indica una mayor precisión espacial. "
"Lo que no esperábamos ver fue que este método fotoeléctrico de estimulación nos permite estimular una población de neuronas diferente y más discreta de lo que se podría lograr con la estimulación eléctrica", dijo Kozai, "Esto les da a los investigadores otra herramienta en sucaja de herramientas para explorar circuitos neuronales en el sistema nervioso.
"Hemos tenido numerosos críticos que no tenían fe en las modificaciones matemáticas que se hicieron a la ecuación fotoeléctrica original de Einstein, pero creímos en el enfoque e incluso presentamos una solicitud de patente" patente pendiente: US20170326381A1, dijo Kozai."Este es un testimonio del arduo trabajo y la diligencia de Kaylene para tomar una teoría y convertirla en una validación bien controlada de la tecnología".
El grupo de Kozai actualmente está buscando más oportunidades para avanzar en esta tecnología, incluido el alcance de la administración inalámbrica de medicamentos y tejidos más profundos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Pittsburgh . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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