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2025-11-03 18:24:00
コーネル大学の研究者と共同研究者は、塩粒の上に置くことができるほど小さい神経インプラントを開発したが、それは生きた動物の脳活動データを1年以上ワイヤレスで送信できる。
この画期的な出来事については、11 月 3 日に詳しく述べられています。 ネイチャーエレクトロニクスは、マイクロエレクトロニクス システムが前例のない小規模なスケールで機能できることを実証し、神経モニタリング、生体統合センシング、その他のアプリケーションの新たな可能性を切り開きます。
コーネル大学で開発された神経インプラントは、塩の一粒の上に置かれています。長さ約 300 ミクロン、幅 70 ミクロンで、脳活動データをワイヤレスで送信できる最小の神経インプラントです。
マイクロスケール光電子テザーレス電極（MOTE）と呼ばれるこのデバイスの開発は、 アリョーシャ・モルナル、電気コンピュータ工学部のイルダ・リー教授とチャールズ・リー教授、南洋理工大学の助教授でモルナー研究室の博士研究員として最初にこの技術に取り組み始めたソヌ・リー教授。
脳組織を無害に通過する赤色レーザー光線と赤外線レーザー光線を動力源とする MOTE は、脳の電気信号を符号化する赤外線光の小さなパルスを使用してデータを送信します。アルミニウム ガリウム ヒ素で作られた半導体ダイオードは、光エネルギーを捕捉して回路に電力を供給し、光を放出してデータを通信します。これをサポートしているのが、日常のマイクロチップと同じ半導体技術を使用して構築された低ノイズアンプと光学エンコーダです。
MOTE は長さ約 300 ミクロン、幅約 70 ミクロンです。
「私たちが知る限り、これは脳内の電気活動を測定し、無線で報告する最小の神経インプラントです」とモルナー氏は述べた。 「コードにパルス位置変調を使用することにより、たとえば衛星の光通信で使用されるものと同じコードを使用することで、通信に非常に少ない電力を使用しながら、データを光学的に正常に取り出すことができます。」
研究者らはまず培養細胞でMOTEをテストし、次にそれをマウスのバレル皮質（ひげからの感覚情報を処理する脳の領域）に移植した。 1 年間にわたって、このインプラントは、マウスが健康で活動的な状態を維持しながら、ニューロンからの電気活動のスパイクと、より広範なシナプス活動のパターンを記録することに成功しました。
「これを行う動機の一つは、従来の電極や光ファイバーが脳を刺激する可能性があることです」とモルナー氏は言う。 「組織はインプラントの周りを移動し、免疫反応を引き起こす可能性があります。私たちの目標は、画像化システムよりも速く脳活動を捕捉しながら、画像化のためにニューロンを遺伝子組み換えする必要がなく、その混乱を最小限に抑えるためにデバイスを十分に小さくすることでした。」
モルナー氏は、MOTEの材料構成により、MRIスキャン中に脳から電気記録を収集できる可能性があるが、これは現在のインプラントではほとんど実現不可能であると述べた。この技術は、脊髄などの他の組織での使用にも応用でき、人工頭蓋骨プレートに埋め込まれたオプトエレクトロニクスのような将来の革新技術と組み合わせることもできる。
モルナー氏は 2001 年に最初に MOTE を思いつきましたが、約 10 年前に文理学部とコーネル大学の共同イニシアチブであるコーネル ニューロテックのメンバーとこのアイデアについて議論し始めるまで、研究は勢いづきませんでした。この論文の共著者には以下が含まれます クリス・シュー、応用物理工学部のディレクター。 ポール・マキューエン、ジョン・A・ニューマン物理学科（A&S）名誉教授。 ジェシー・ゴールドバーグ、神経生物学および行動学部（A&S）の生物学科学のデビッド・メルクサマー博士とドロシー・ジョスロヴィッツ・メルクサマー教授。そして ヤン・ラマーディング、マイニッヒ生体医工学大学院の教授。
この研究は国立衛生研究所の一部支援を受けました。製造作業の一部は、米国科学財団の支援を受けているコーネル ナノスケール施設で行われました。
Syl Kacapyr は、コーネル エンジニアリングのマーケティングおよびコミュニケーション部門のアソシエート ディレクターです。
#塩粒よりも小さい神経インプラントが無線で脳を追跡