ایمپلنت های مغناطیسی الکتریک بازیابی از راه دور عملکرد عصبی را امکان پذیر می کنند - Physics World

محققان دانشگاه رایس در ایالات متحده یک ایمپلنت بی سیم ساخته اند که نورون ها را در پاسخ به پالس های مغناطیسی تحریک می کند. برای فعال کردن عملیات از راه دور، این تیم یک فراماده جدید طراحی کرد که میدان های مغناطیسی خارجی را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند که می تواند توسط اعصاب منتقل شود. در یک مطالعه گزارش شده در مواد طبیعت, نویسنده اول جاشوا چن و همکاران نشان دادند که این دستگاه می تواند عملکرد عصبی را در موش ها بازیابی کند. آنها پیشنهاد می‌کنند که این دسته جدید از مواد می‌توانند درمان‌های پزشکی کمتر تهاجمی را برای بیماری‌های عصبی و سلامت روان تسهیل کنند.

تحریک سیستم عصبی با میدان های الکتریکی برای درمان طیف وسیعی از اختلالات از جمله بیماری پارکینسون و افسردگی مورد بررسی قرار گرفته است. یک الکترود در مغز یا عصب کاشته می شود و توسط سیم به یک دستگاه خارجی متصل می شود که سیگنال های الکتریکی را به بافت هدف می فرستد. هدف از این تحقیق جدید ساخت ایمپلنتی بود که از راه دور عمل کند و به جراحی کمتر تهاجمی نیاز داشت.

مهندس عصبی توضیح می‌دهد: «بدون دستگاه بزرگی که در بدن قرار می‌دهیم، یک مزیت درمانی وجود دارد که ما در تلاش برای رسیدن به آن هستیم». جیکوب رابینسون که پروژه را رهبری کرد.

چنین ایمپلنتی باید در پاسخ به یک محرک خارجی سیگنالی را به سلول ها ارسال کند و این کار را با زمان تاخیر میلی ثانیه انجام دهد، در حالی که به اندازه کافی کوچک است تا پاسخ هدفمند را ارائه دهد. این ترکیب از خواص در طبیعت یا در مواد مهندسی شده موجود یافت نمی شود.

برآورده کردن الزامات تحریک عصبی از راه دور

میدان های مغناطیسی به اعماق بدن نفوذ می کنند اما سلول ها را با کارایی کمتری نسبت به میدان های الکتریکی تحریک می کنند. برای فعال کردن پاسخ سلول از راه دور، این تیم یک فراماده مغناطیسی الکتریک طراحی کردند که سیگنال مغناطیسی متناوب را به میدان الکتریکی تبدیل می‌کند. در دو طرف دستگاه لایه ای از مواد قرار دارد که در پاسخ به میدان مغناطیسی، کرنش ایجاد می کند و در مرکز آن یک ماده پیزوالکتریک قرار دارد که در پاسخ به کرنش، میدان الکتریکی تولید می کند.

دانشمندان دیگر مواد مغناطیسی الکتریکی را برای تحریک نورون ها از راه دور مطالعه کرده اند، اما این دستگاه ها برای تقلید سیگنال های عصبی بسیار کند بوده اند. برای به حداقل رساندن زمان تأخیر، ماده باید در فرکانس تشدید خود که معمولاً چند صد کیلوهرتز است هدایت شود. با این حال، غشای سلول‌های عصبی سیگنال‌های فرکانس بالا را فیلتر می‌کنند، بنابراین دستگاه‌های قبلی از رزونانس دور شده‌اند.

ایده ای که تیم توسعه داد این بود که ایمپلنت می تواند به گونه ای مهندسی شود که سلول ها را تحریک کند و در عین حال مواد را در رزونانس با تبدیل جریان در دستگاه از AC به DC تحریک کند. برای دستیابی به این هدف، آنها یک دیود لایه نازک را بر روی متاماده قرار دادند به طوری که جریان در طول عملیات AC عمدتاً در یک جهت جریان می‌یابد که منجر به بایاس DC می‌شود.

ایمپلنت نشان می دهد در داخل بدن وعده

به عنوان یک اثبات مفهوم، محققان نشان دادند که این دستگاه می تواند برای بازیابی عملکرد عصبی در یک مدل حیوانی استفاده شود. آنها این ایمپلنت را به یک عصب سیاتیک قطع شده در پای یک موش متصل کردند و نشان دادند که اعمال یک پالس مغناطیسی باعث تحریک عضلات پای حیوان می شود. ایمپلنت به زمان تاخیر هدف 5 میلی ثانیه دست یافت که معادل سرعت ارتباط عصبی در بدن است.

این دستگاه دستکاری الکترومغناطیسی را انجام می دهد که با مواد طبیعی قابل تکرار نیست. محققان قصد دارند بررسی کنند که آیا ایمپلنت را می توان در مقیاس میکرو یا نانو مینیاتوری کرد و امکان استفاده از آن در مغز و به طور بالقوه به شکل تزریقی را فراهم کرد.

راهنمای زیست تخریب پذیر می تواند شکاف اعصاب آسیب دیده را ترمیم کند

رابینسون اضافه می کند که آنها همچنین در حال بررسی کاربردهای دیگری مانند منابع انرژی هستند که در آن می توان از اثرات مگنتوالکتریک جدید استفاده کرد. او می‌گوید: «من فکر می‌کنم، یک دسته کامل از مواد متا وجود دارد که می‌توانیم ایجاد کنیم، جایی که رابطه بین میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی مربوط به مهندسی ماست.»

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/magnetoelectric-implants-enable-remote-restoration-of-nerve-function/