Ricercatori giapponesi hanno descritto un nuovo dispositivo impiantabile non più grande della larghezza di una moneta che può essere utilizzato per controllare i modelli cerebrali. Il dispositivo, segnalato in I progressi dell'AIP , converte la luce infrarossa in luce blu per controllare l'attività neurale, ed è il biodispositivo ottico wireless più piccolo e leggero mai registrato.

Per secoli, è noto che le sostanze chimiche possono modificare il comportamento neurale. Il campo dell'optogenetica ha dimostrato che il comportamento neurale può essere modificato anche con la semplice luce. È ormai noto che la luce può attivare determinate proteine ​​nel cervello per modificare i modelli cerebrali. Di conseguenza, gli scienziati hanno impiantato dispositivi ottici per controllare con successo il comportamento dei roditori utilizzando nient'altro che la luce di lunghezze d'onda specifiche come stimolo. Però, i dispositivi sono spesso ingombranti, come indossare un casco da football o qualcosa di più pesante, e causare disagio e disagio agli animali.

Takashi Tokuda, professore associato presso il Nara Institute of Science and Technology (NAIST), ha studiato modi per miniaturizzare i dispositivi ottici impiantabili. "Le dimensioni sono sempre la sfida. A nessuno piace avere grandi impianti, " lui dice.

La miniaturizzazione dei dispositivi impiantabili è stata ostacolata dalla dipendenza dall'elettromagnetismo. In tali dispositivi, sia la tensione che la corrente diminuiscono al diminuire delle dimensioni, limitando così il potere. D'altra parte, in dispositivi che dipendono dal fotovoltaico, la tensione rimane invariata al diminuire delle dimensioni.

Il nuovo dispositivo realizzato dal team di ricerca di Tokuda utilizza un semiconduttore complementare in ossido di metallo che controlla l'energia fotovoltaica. "Abbiamo integrato due set di celle fotovoltaiche su chip semiconduttori. Dieci celle sono state integrate per l'alimentazione, e sette celle per la polarizzazione, " Egli ha detto.

Il dispositivo include un chip LED InGan, che fa sì che il dispositivo emetta luce blu. Una caratteristica più distintiva del dispositivo, però, è che può essere attivato con luce a infrarossi. Gli infrarossi sono utilizzati in molte terapie della luce, perché può penetrare in profondità nel corpo, mentre la luce blu non può andare molto più in profondità della superficie. Perciò, il dispositivo può essere impiantato diversi centimetri nel corpo.

A solo 1 mm ³ e 2,3 mg, il volume e il peso del dispositivo sono quasi un ordine di grandezza rispetto a qualsiasi altro dispositivo segnalato, portando Tokuda a chiamarlo "lo stimolatore neurale ottico wireless più piccolo del mondo".

Allo stesso tempo, Tokuda riconosce che il dispositivo necessita di modifiche prima di raggiungere il suo massimo potenziale.

"Il dispositivo può essere applicato solo per le stimolazioni a impulsi e richiede un tempo di ricarica per ogni stimolazione. La maggior parte degli optogenetici utilizza impulsi multipli. Dobbiamo migliorare l'efficienza di ricezione e conversione della potenza, " Egli ha detto.