En 2016, Universidad de California, Berkeley, ingenieros demostraron el primer implante, sensores de polvo neurales ultrasónicos, acercando el día en que un dispositivo similar a Fitbit podría monitorear los nervios internos, músculos u órganos en tiempo real. Ahora, Los ingenieros de Berkeley han dado un paso adelante al polvo neuronal al construir el volumen más pequeño, estimulador de nervios inalámbrico más eficiente hasta la fecha.

El dispositivo, llamado StimDust, abreviatura de estimular el polvo neural, agrega componentes electrónicos más sofisticados al polvo neuronal sin sacrificar el pequeño tamaño o la seguridad de la tecnología, ampliando enormemente la gama de aplicaciones de polvo neuronal. El objetivo de los investigadores es implantar StimDust en el cuerpo mediante procedimientos mínimamente invasivos para controlar y tratar la enfermedad en tiempo real. enfoque específico del paciente. StimDust tiene un volumen de solo 6,5 milímetros cúbicos y funciona de forma inalámbrica mediante ultrasonidos, que luego el dispositivo utiliza para impulsar la estimulación nerviosa con una eficiencia del 82 por ciento.

"StimDust es el estimulador de tejido profundo más pequeño que conocemos que es capaz de estimular casi todos los principales objetivos terapéuticos en el sistema nervioso periférico, "dijo Rikky Muller, codirector del trabajo y profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en Berkeley. "Este dispositivo representa nuestra visión de tener dispositivos diminutos que pueden implantarse de formas mínimamente invasivas 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 IEEE Custom Integrated Circuits Conference en San Diego. El equipo de investigación fue codirigido por uno de los inventores del polvo neuronal, Michel Maharbiz, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en Berkeley.

La creación de polvo neuronal en Berkeley, liderado por Maharbiz y Jose Carmena, un profesor de Berkeley de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y miembro del Instituto de Neurociencia Helen Wills, ha abierto la puerta a la comunicación inalámbrica con el cerebro y el sistema nervioso periférico a 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 neuronal para construir dispositivos que se pueden cargar 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, Luego, el grupo desarrolló el marco técnico para demostrar el poder de escalamiento del ultrasonido para dispositivos implantables.

Los primeros trabajos de ingeniería de D.J. Seo un doctorado en Berkeley estudiante que fue co-asesorado por Alon y Maharbiz, seguido de validaciones experimentales de Ryan Neely, otro Ph.D. de Berkeley estudiante, asesorado por Carmena, sentaron las bases de la visión del polvo neuronal. En los años transcurridos desde la invención del polvo neuronal, 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 neuronal. 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 utilizar el poder que se puede transmitir al polvo neuronal. En StimDust, su laboratorio ha tomado la plataforma de polvo neuronal y ha construido un estimulador más eficaz que puede envolver un manguito nervioso y también puede registrar, transmitir y recibir datos. Lo hicieron diseñando un circuito integrado personalizado para transferir la carga de ultrasonido al nervio de una manera bien controlada y controlada. forma 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 un condensador 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 una amplia gama de programabilidad al tiempo que mantiene la eficiencia. Todo 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 manguito alrededor del nervio ciático, el equipo de investigación pudo controlar el movimiento de las patas traseras, registre la actividad de estimulación y mida cuánta fuerza se ejerció sobre el músculo de la pata trasera mientras se estimulaba. Luego, los investigadores aumentaron gradualmente la estimulación y mapearon la respuesta del músculo de la pata trasera para poder saber exactamente cuánta estimulación se necesitaba para un reclutamiento muscular deseado. una especie de análisis sofisticado que se requiere de los 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 combinarlas con la inteligencia para comprender realmente las señales de la enfermedad y luego poder tratar la enfermedad de forma inteligente. forma metódica, "Dijo Muller. Existe una oportunidad increíble para las aplicaciones de atención médica que realmente pueden ser transformadoras".