En 2016, la Universidad de California, Berkeley, los ingenieros demostraron los primeros sensores de polvo neuronales ultrasónicos implantados, acercando el día en que un dispositivo similar a Fitbit podría monitorear nervios internos, músculos u órganos en tiempo real. Ahora, los ingenieros de Berkeley han tomadopolvo neuronal un paso adelante al construir el estimulador de nervio inalámbrico más eficiente y de menor volumen hasta la fecha.
El dispositivo, llamado StimDust, abreviatura de la estimulación del polvo neural, agrega electrónica más sofisticada al polvo neural sin sacrificar el pequeño tamaño o la seguridad de la tecnología, ampliando enormemente el rango de aplicaciones de polvo neural. El objetivo de los investigadores es implantar StimDust en elcuerpo a través de procedimientos mínimamente invasivos para monitorear y tratar la enfermedad en un enfoque en tiempo real y específico del paciente. StimDust tiene solo 6.5 milímetros cúbicos de volumen y se alimenta de forma inalámbrica por ultrasonido, que el dispositivo usa para impulsar la estimulación nerviosa con una eficiencia de 82por ciento.
"StimDust es el estimulador de tejido profundo más pequeño que conocemos y que es capaz de estimular casi todos los objetivos terapéuticos principales en el sistema nervioso periférico", dijo Rikky Muller, codirector del trabajo y profesor asistente de ingeniería eléctricay ciencias de la computación en Berkeley. "Este dispositivo representa nuestra visión de tener dispositivos pequeños que pueden implantarse de manera mínimamente invasiva para modular o estimular el sistema nervioso periférico, que ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de una serie de enfermedades".
La investigación se presentará el 10 de abril en la Conferencia de circuitos integrados personalizados IEEE en San Diego. El equipo de investigación fue codirigido por uno de los inventores del polvo neural, Michel Maharbiz, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en Berkeley.
La creación de polvo neuronal en Berkeley, dirigida por Maharbiz y Jose Carmena, profesora de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de Berkeley y miembro del Instituto de Neurociencia Helen Wills, ha abierto la puerta a la comunicación inalámbrica al cerebro y al sistema nervioso periféricoa través de pequeños dispositivos implantables dentro del cuerpo que funcionan con ultrasonido. Los equipos de ingeniería de todo el mundo ahora están utilizando la plataforma de polvo neural para construir dispositivos que pueden cargarse de forma inalámbrica por ultrasonido.
A Maharbiz se le ocurrió la idea de utilizar el ultrasonido para alimentar y comunicarse con implantes muy pequeños. Junto con los profesores de Berkeley Elad Alon y Jan Rabaey, el grupo desarrolló el marco técnico para demostrar el poder de escala del ultrasonido para dispositivos implantables.
Los primeros trabajos de ingeniería de DJ Seo, un estudiante de doctorado de Berkeley que fue asesorado por Alon y Maharbiz, seguido de validaciones experimentales de Ryan Neely, otro estudiante de doctorado de Berkeley, asesorado por Carmena, sentaron las bases dela visión del polvo neural. En los años transcurridos desde la invención del polvo neural, el ultrasonido ha demostrado ser una de las tecnologías más prometedoras para alimentar y comunicar dispositivos implantables.
Muller llegó a Berkeley en 2016 y ha sido un impulsor clave de la innovación del polvo neural. Su grupo de investigación se especializa en interfaces electrónicas bidireccionales con el cuerpo humano, específicamente en el cerebro y el sistema nervioso periférico. Su equipo ha estado trabajando en formas de usar elenergía que se puede transmitir al polvo neural. En StimDust, su laboratorio ha tomado la plataforma de polvo neural y ha creado un estimulador más efectivo que puede envolver un manguito nervioso y también puede registrar, transmitir y recibir datos.circuito integrado para transferir la carga de ultrasonido al nervio de una manera bien controlada, segura y eficiente.
StimDust es aproximadamente un orden de magnitud más pequeño que cualquier dispositivo activo con capacidades similares que el equipo de investigación conozca. Los componentes de StimDust incluyen un solo piezocristal, que es la antena del sistema, un circuito integrado de 1 milímetro y unocondensador de almacenamiento de carga. StimDust tiene electrodos en la parte inferior, que hacen contacto con un nervio a través de un manguito que envuelve el nervio. Además del dispositivo, el equipo de Muller diseñó un protocolo inalámbrico personalizado que les brinda un amplio rango de programabilidad al tiempo que mantiene la eficienciaTodo el dispositivo funciona con solo 4 microvatios y tiene una masa de 10 miligramos.
Después de probar StimDust en la mesa de trabajo, el equipo de investigación lo implantó en un roedor vivo para probarlo en un entorno realista. A través de un brazalete alrededor del nervio ciático, el equipo de investigación pudo controlar el movimiento de la pata trasera, registrar la actividad de estimulación ymida cuánta fuerza ejerció sobre el músculo de la pata trasera cuando fue estimulado. Luego, los investigadores aumentaron gradualmente la estimulación y mapearon la respuesta del músculo de la pata trasera para que pudieran saber exactamente cuánta estimulación se necesitaba para un reclutamiento muscular deseado, una especie deAnálisis sofisticado requerido de dispositivos médicos.
Muller espera que su trabajo pueda conducir a aplicaciones de StimDust para tratar enfermedades como irregularidades cardíacas, dolor crónico, asma o epilepsia.
"Una de las grandes visiones de mi grupo es crear estas interfaces bidireccionales muy eficientes con el sistema nervioso y unirlas con inteligencia para comprender realmente las señales de enfermedad y luego poder tratar la enfermedad de una manera inteligente y metódica,"Muller dijo. Hay una oportunidad increíble para las aplicaciones de atención médica que realmente pueden ser transformadoras".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Brett Israel. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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