Rede sem fio 'neurograin' conecta-se a neurônios do cérebro

As partículas de detecção registram independentemente pulsos elétricos feitos por neurônios e enviam os sinais para um centro central fora do crânio para coordenação e processamento.

"Um dos grandes desafios no campo das interfaces do computador cerebral é uma forma de engenharia de sondar tantos pontos no cérebro quanto possível", disse o professor Arro Nurmikko. "Até agora, a maioria das interfaces de computador cérebro tem sido dispositivos monolíticos, um pouco como pequenos camas de agulhas. A ideia da nossa equipe deveria terminar aquele monólito em pequenos sensores que poderiam ser distribuídos pelo córtex cerebral ".

O projeto de quatro anos teve dois grandes desafios: encolhendo os eletrônicos para detectar, amplificar e transmitir sinais neurais em chips de tamanho de grãos, e desenvolvendo o hub de comunicação externa para receber sinais dos grãos e transmitir energia para eles. O receptor final é um patch fino do tamanho de impressão que se liga ao couro cabeludo, usando um link transcutâneo bidirecional ~ 1GHz para comunicação e controle.

"Este trabalho foi um verdadeiro desafio multidisciplinar", disse Brown pesquisador Jihun Lee. "Tivemos que reunir experiência em eletromagnetics, comunicação de radiofrequência, design de circuito, fabricação e neurociência para projetar e operar o sistema neurograin".

No experimento de roedores, a equipe colocou os grãos no córtex cerebral - a camada externa do cérebro. A estimulação neural foi tentada, bem como detectar, controlada pelo mesmo hub externo.

Embora apenas 48 dispositivos se instalassem no cérebro de roedores, os cálculos sugerem até 770 dispositivos podem ser suportados usando um protocolo de acesso múltiplo de divisão de tempo personalizado. "Em última análise, a equipe prevê a dimensão de muitos milhares de neurograins, o que proporcionaria uma imagem atualmente inatingível da atividade cerebral", de acordo com a universidade.

"Foi um esforço desafiador, já que o sistema exige transferência simultânea de energia sem fio e rede na taxa de mega-por segundo, e isso deve ser realizado sob área de silício extremamente apertado e restrições de energia. Nossa equipe empurrou o envelope para implantes neurais distribuídos ", disse Vincent Leung, engenheiro da Baylor University, que trabalhou ao lado de Brown University com a Universidade da Califórnia em San Diego e Qualcomm.

"Nossa esperança é que possamos desenvolver um sistema que fornece novos insights científicos sobre o cérebro e novas terapias que podem ajudar as pessoas afetadas por lesões devastadoras", disse Nurmikko de Brown.

Os pesquisadores vêem isso como passo em direção a um sistema que, de acordo com a Universidade Brown, poderia gravar sinais cerebrais em detalhes sem precedentes, levando a insights sobre função cerebral e terapias para pessoas com lesões cerebrais ou espinhais.

A interface neural sem fio é descrita em "Gravação Neural e Estimulação, utilizando redes sem fio de microimplantes". Um artigo publicado por Nature Electronics - O pagamento é necessário para ler o artigo completo.