Thitirath Kinaret
นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Cornell พัฒนา อุปกรณ์ฝังสมองไร้สายขนาดจิ๋วเท่าเม็ดเกลือ สามารถบันทึกและส่งข้อมูลสัญญาณสมองจากสัตว์มีชีวิตได้นานเกินหนึ่งปี
นักวิจัยสร้าง MOTE อุปกรณ์ฝังสมองไร้สายที่เล็กที่สุดในโลก เล็กกว่าเม็ดเกลือ
ทีมนักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Cornell ได้พัฒนา “อุปกรณ์ฝังสมองไร้สายขนาดเล็กมาก” เล็กกว่าเม็ดเกลือ โดยสามารถส่งข้อมูลกิจกรรมของสมองจากสัตว์มีชีวิตได้นานกว่าหนึ่งปี
งานวิจัยนี้ถูกเผยแพร่ผ่านวารสาร Nature Electronics ระบุว่าเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์สามารถทำงานได้ในระดับขนาดเล็กกว่าที่เคยเป็นไปได้มาก และเป็นการเปิดแนวทางใหม่สำหรับการติดตามสัญญาณสมองระยะยาว ผ่านเซ็นเซอร์ที่ฝังในร่างกาย และเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องในอนาคต
อุปกรณ์นี้มีชื่อว่า MOTE (microscale optoelectronic tetherless electrode) พัฒนาภายใต้การนำของศาสตราจารย์ Alyosha Molnar จากภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ มหาวิทยาลัย Cornell และผู้ช่วยศาสตราจารย์ Sunwoo Lee แห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยี Nanyang
Lee เริ่มพัฒนาเทคโนโลยีนี้ตั้งแต่ยังเป็นนักวิจัยหลังปริญญาเอกในห้องแล็บของ Molnar
พลังงานไร้สายและการส่งข้อมูลด้วยแสง
MOTE ใช้พลังงานจากแสงเลเซอร์สีแดง และอินฟราเรด ซึ่งสามารถส่องผ่านเนื้อเยื่อสมองได้อย่างปลอดภัย โดยจะส่งข้อมูลกลับออกมาในรูปแบบของ แสงอินฟราเรดสั้น ๆ ซึ่งเข้ารหัสสัญญาณไฟฟ้าจากสมอง
ไดโอดสารกึ่งตัวนำที่ทำจากอะลูมิเนียมแกลเลียมอาร์เซไนด์ใช้ในการแปลงแสงที่เข้าสู่ตัวอุปกรณ์เป็นพลังงานไฟฟ้าสำหรับการทำงาน และยังเป็นต้นกำเนิดของแสงที่ใช้ส่งข้อมูลออกจากอุปกรณ์ โดยระบบประกอบด้วยแอมพลิฟายเออร์ชนิดสัญญาณรบกวนต่ำ และออปติคัลเอนโคเดอร์ ซึ่งพัฒนาขึ้นด้วยเทคโนโลยีสารกึ่งตัวนำเดียวกับที่ใช้ในไมโครชิปสมัยใหม่
อุปกรณ์ MOTE มีขนาดประมาณ 300 ไมครอนในแนวยาว และ 70 ไมครอนในแนวกว้าง ถือเป็นอุปกรณ์ฝังสมองที่สามารถส่งข้อมูลสมองไร้สายได้ที่มีขนาดเล็กที่สุดในปัจจุบัน
“ตามข้อมูลที่เรามี ตอนนี้ MOTE เป็นอุปกรณ์ฝังสมองที่มีขนาดเล็กที่สุดซึ่งสามารถวัดกิจกรรมไฟฟ้าในสมองและส่งข้อมูลออกได้แบบไร้สาย” Molnar กล่าว “เราใช้เทคนิค pulse position modulation ซึ่งเป็นรหัสเดียวกับที่ใช้ในสื่อสารผ่านแสงสำหรับดาวเทียม ทำให้สามารถส่งข้อมูลด้วยพลังงานต่ำมาก และยังได้ข้อมูลกลับมาอย่างมีประสิทธิภาพผ่านระบบแสง”
ความเป็นไปได้ใหม่ในการติดตามสมองและร่างกาย
นักวิจัยเริ่มต้นทดสอบ MOTE กับเซลล์ในห้องแล็บ ก่อนจะฝังอุปกรณ์ลงในบริเวณ barrel cortex ในสมองของหนูทดลอง ซึ่งเป็นพื้นที่ที่รับข้อมูลประสาทจากหนวดของหนู ตลอดระยะเวลาหนึ่งปี อุปกรณ์สามารถบันทึกสัญญาณไฟฟ้าจากเซลล์ประสาททั้งแบบจุดเดี่ยว และลักษณะของกิจกรรมซินแนปส์ในระดับที่กว้างขึ้น โดยที่หนูยังคงมีสุขภาพดีและเคลื่อนไหวได้ตามปกติ
“หนึ่งในเหตุผลที่พัฒนาอุปกรณ์นี้ ก็เพราะว่าอิเล็กโทรดและใยแก้วนำแสงแบบเดิมอาจระคายเคืองสมองได้” Molnar กล่าว “เมื่อเนื้อเยื่อขยับรอบอุปกรณ์ก็อาจกระตุ้นให้เกิดการตอบสนองจากระบบภูมิคุ้มกัน เราจึงต้องการทำให้อุปกรณ์มีขนาดเล็กที่สุดเพื่อลดผลกระทบนี้ให้มากที่สุด ในขณะเดียวกันก็ยังสามารถจับสัญญาณสมองได้เร็วกว่าเทคนิคสร้างภาพ และไม่ต้องดัดแปลงพันธุกรรมเซลล์ประสาทเพื่อให้อ่านสัญญาณได้”
Molnar ยังกล่าวอีกว่า องค์ประกอบของ MOTE อาจช่วยให้สามารถบันทึกสัญญาณจากสมองระหว่างฉายภาพ MRI ได้ ซึ่งอุปกรณ์ปัจจุบันมักไม่สามารถทำได้ และเทคโนโลยีนี้ยังมีศักยภาพในการประยุกต์ใช้ในเนื้อเยื่ออื่น เช่น ไขสันหลัง หรือรวมเข้ากับนวัตกรรมในอนาคต เช่น แผ่นฝังศีรษะเทียมที่มีระบบออปโตอิเล็กทรอนิกส์ในตัว
Molnar คิดแนวคิดของ MOTE ขึ้นตั้งแต่ปี 2001 แต่การวิจัยเริ่มเดินหน้าอย่างจริงจังราว 10 ปีก่อน หลังจากที่เขาเริ่มหารือเรื่องนี้กับสมาชิกใน Cornell Neurotech ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่างคณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์กับคณะวิศวกรรมศาสตร์ของมหาวิทยาลัยคอร์เนลล์
ที่มา: scitechdail
