Sono minuscoli sensori wireless senza batteria non più grandi di un pezzo di sabbia. Ma in futuro, questi sensori di "polvere neurale" potrebbero essere utilizzati per alimentare protesi, monitorare la salute degli organi e tenere traccia della progressione dei tumori.
Un team di ingegneri e neuroscienziati dell'Università della California, Berkeley, ha lavorato sulla tecnologia per mezzo decennio. Ora sono riusciti a impiantare i sensori all'interno dei ratti, dove monitorano gli impulsi nervosi e muscolari tramite ultrasuoni. La loro ricerca appare sulla rivista Neuron .
"Ci sono molte cose interessanti a cui questo apre le porte", afferma Michel Maharbiz, professore di ingegneria e uno dei due autori principali dello studio.
I sensori di polvere neurale sviluppati da Maharbiz e dal suo coautore, neuroscienziato Jose Carmena, sono costituiti da un cristallo piezoelettrico (che produce una tensione in risposta alla pressione fisica) collegato a un semplice circuito elettronico, il tutto montato su una piccola scheda polimerica. Un cambiamento nel nervo o nella fibra muscolare che circonda il sensore cambia le vibrazioni del cristallo. Queste fluttuazioni, che possono essere catturate dagli ultrasuoni, danno ai ricercatori la sensazione di ciò che potrebbe accadere in profondità all'interno del corpo.
Diagramma della polvere neurale (UC Berkeley) Costruire interfacce per registrare o stimolare il sistema nervoso che durerà anche all'interno del corpo per decenni è stato un enigma di vecchia data, afferma Maharbiz. Molti impianti si degradano dopo un anno o due. Alcuni richiedono fili che sporgono dalla pelle. Altri semplicemente non funzionano in modo efficiente. Storicamente, gli scienziati hanno usato la radiofrequenza per comunicare con impianti medici. Questo va bene per impianti più grandi, afferma Maharbiz. Ma per piccoli impianti come la polvere neurale, le onde radio sono troppo grandi per funzionare in modo efficiente. Quindi il team ha invece provato l'ecografia, che risulta funzionare molto meglio.
Andando avanti, il team sta sperimentando la costruzione di sensori di polvere neurale a partire da una varietà di materiali diversi sicuri per l'uso nel corpo umano. Stanno anche cercando di rendere i sensori molto più piccoli, abbastanza piccoli da adattarsi effettivamente ai nervi. Finora, i sensori sono stati utilizzati nel sistema nervoso periferico e nei muscoli, ma, se ridotti, potrebbero potenzialmente essere impiantati direttamente nel sistema nervoso centrale o nel cervello.
Polvere neurale impiantata in un ratto (UC Berkeley) È stato necessario un piccolo intervento chirurgico per ottenere i sensori all'interno dei ratti. Il team sta attualmente lavorando con i microchirurghi per vedere quali tipi di tecnologie laparoscopiche o endoscopiche potrebbero essere le migliori per impiantare i dispositivi in modo minimamente invasivo.
Potrebbero passare anni prima che la tecnologia sia pronta per i test umani, afferma Maharbiz. Ma lungo la strada, la polvere neurale ha il potenziale per essere utilizzata per alimentare le protesi tramite impulsi nervosi. Una persona paralizzata potrebbe teoricamente controllare un computer o un amputato potrebbe alimentare una mano robotica usando i sensori. La polvere neurale potrebbe anche essere utilizzata per tenere traccia dei dati sanitari, come i livelli di ossigeno, il pH o la presenza di determinati composti chimici o per monitorare la funzione degli organi. Nei pazienti oncologici, i sensori impiantati vicino ai tumori potrebbero monitorare la loro crescita su base continuativa.
"È una nuova frontiera", afferma Maharbiz. "C'è solo una quantità incredibile che puoi fare."
