Implante inalámbrico a microescala registra la actividad cerebral a lo largo del tiempo

Los electrodos y las fibras ópticas tradicionales pueden irritar el tejido cerebral y provocar respuestas inmunitarias. Estas limitaciones impiden obtener registros estables durante meses, algo fundamental para la monitorización neuronal y la detección biointegrada. Para abordar este problema, los investigadores han desarrollado un implante inalámbrico ultraminiatura que registra las señales cerebrales en animales vivos.

El dispositivo, denominado electrodo optoelectrónico inalámbrico a microescala (MOTE, por sus siglas en inglés), fue desarrollado en la Universidad de Cornell (Ithaca, Nueva York, EE. UU.) en colaboración con la Universidad Tecnológica de Nanyang. Es tan pequeño que cabe sobre un grano de sal, con unas dimensiones aproximadas de 300 micras de largo y 70 micras de ancho. Se trata del implante neuronal más pequeño capaz de transmitir datos de actividad cerebral de forma inalámbrica.

El MOTE se alimenta mediante haces láser rojos e infrarrojos que atraviesan el tejido cerebral sin necesidad de cableado externo. Un diodo semiconductor de arseniuro de galio y aluminio capta la luz incidente para alimentar el circuito y emite luz infrarroja para transmitir los datos codificados. Un amplificador de bajo ruido y un codificador óptico, construidos con tecnología de semiconductores de microchips estándar, acondicionan y codifican las señales eléctricas del cerebro para la telemetría óptica.

Los investigadores validaron primero el sistema en cultivos celulares. Posteriormente, implantaron el MOTE en la corteza somatosensorial de ratones, la región cerebral que procesa la información sensorial proveniente de los bigotes. Durante un año, el implante registró potenciales de acción neuronales y patrones más amplios de actividad sináptica, mientras que los animales se mantuvieron sanos y activos.

El trabajo se detalló en un estudio publicado en Nature Electronics . El proyecto se desarrolló en el seno de Cornell Neurotech, una iniciativa conjunta de la Facultad de Ingeniería de Cornell y la Facultad de Artes y Ciencias. El equipo informó que la composición del material del dispositivo podría permitir registros eléctricos durante la resonancia magnética (RM), adaptarse a otros tejidos como la médula espinal y combinarse con futuros sistemas optoelectrónicos en placas craneales artificiales.

“Hasta donde sabemos, este es el implante neuronal más pequeño que medirá la actividad eléctrica del cerebro y la transmitirá de forma inalámbrica”, afirmó Alyosha Molnar, profesor de la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Cornell.

“Al utilizar la modulación por posición de pulso (PPM) para el código —el mismo que se usa en las comunicaciones ópticas para satélites, por ejemplo— podemos usar muy poca energía para comunicarnos y aun así obtener los datos de vuelta ópticamente con éxito”.

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Universidad de Cornell