Japanska forskare har beskrivit en ny implanterbar enhet som inte är större än bredden på ett mynt som kan användas för att kontrollera hjärnmönster. Enheten, rapporterade i AIP Advances , omvandlar infrarött ljus till blått ljus för att styra neural aktivitet, och är den minsta och lättaste trådlösa optiska bioenheten som rapporterats.

I århundraden, det har varit känt att kemikalier kan förändra neuralt beteende. Optogenetikens område visade att neuralt beteende också kan ändras med bara ljus. Det är nu känt att ljus kan aktivera vissa proteiner i hjärnan för att förändra hjärnmönster. Följaktligen, forskare har implanterat optiska enheter för att framgångsrikt kontrollera beteendet hos gnagare med hjälp av inget annat än ljus av specifika våglängder som stimulans. Dock, enheterna är ofta skrymmande, ungefär som att ha på sig en fotbollshjälm eller något tyngre, och orsaka obehag och oro för djuren.

Takashi Tokuda, docent vid Nara Institute of Science and Technology (NAIST), har undersökt sätt att minimera implanterbara optiska enheter. "Storlek är alltid utmaningen. Ingen gillar att ha stora implantat, " han säger.

Miniatyriseringen av implanterbara enheter har hindrats av ett beroende av elektromagnetik. I sådana enheter, både spänningen och strömmen minskar med en minskning av storleken, vilket begränsar kraften. Å andra sidan, i enheter som är beroende av solceller, spänningen förblir oförändrad när storleken minskar.

Den nya enheten tillverkad av Tokudas forskargrupp använder en komplementär metalloxid-halvledare som styr fotovoltaisk kraft. "Vi integrerade två uppsättningar fotovoltaiska celler på halvledarchips. Tio celler integrerades för att driva, och sju celler för förspänning, " han sa.

Enheten innehåller ett InGan LED -chip, vilket får enheten att avge blått ljus. En mer särskiljande egenskap hos enheten, dock, är att den kan aktiveras med infrarött ljus. Infrarött används i många ljusterapier, eftersom det kan tränga djupt in i kroppen, medan blått ljus inte kan gå mycket djupare än ytan. Därför, enheten kan implanteras flera centimeter i kroppen.

Med bara 1 mm ³ och 2,3 mg, enhetens volym och vikt är nästan en storleksordning än någon annan rapporterad enhet, ledande Tokuda att kalla det "världens minsta trådlösa optiska neurala stimulator."

På samma gång, Tokuda erkänner att enheten behöver ändras innan den når sin fulla potential.

"Enheten kan endast appliceras för pulsstimuleringar och kräver en laddningstid för varje stimulering. De flesta optogenetik använder flera pulser. Vi måste förbättra effektmottagning och konverteringseffektivitet, " han sa.