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  • Engenheiros constroem o menor volume, estimulador de nervo sem fio mais eficiente
    p O pequeno tamanho do StimDust pode ser visto em comparação com uma moeda de dez centavos. Crédito:Rikky Muller

    p Em 2016, Universidade da Califórnia, Berkeley, engenheiros demonstraram o primeiro implantado, sensores de poeira neural ultrassônicos, aproximando o dia em que um dispositivo parecido com o Fitbit poderia monitorar os nervos internos, músculos ou órgãos em tempo real. Agora, Os engenheiros de Berkeley deram um passo à frente da poeira neural ao construir o menor volume, estimulador de nervos sem fio mais eficiente até o momento. p O dispositivo, chamado StimDust, abreviação de poeira neural estimulante, adiciona componentes eletrônicos mais sofisticados à poeira neural sem sacrificar o tamanho minúsculo ou a segurança da tecnologia, expandindo muito a gama de aplicações de poeira neural. O objetivo dos pesquisadores é implantar o StimDust no corpo por meio de procedimentos minimamente invasivos para monitorar e tratar doenças em tempo real, abordagem específica do paciente. O StimDust tem apenas 6,5 milímetros cúbicos de volume e é alimentado sem fio por ultrassom, que o dispositivo usa para estimular a estimulação nervosa com uma eficiência de 82 por cento.

    p "StimDust é o menor estimulador de tecido profundo que conhecemos, capaz de estimular quase todos os principais alvos terapêuticos do sistema nervoso periférico, "disse Rikky Muller, co-líder do trabalho e professor assistente de engenharia elétrica e ciências da computação em Berkeley. "Este dispositivo representa nossa visão de ter dispositivos minúsculos que podem ser implantados de maneiras minimamente invasivas para modular ou estimular o sistema nervoso periférico, que se mostrou eficaz no tratamento de uma série de doenças. "

    p A pesquisa será apresentada em 10 de abril na IEEE Custom Integrated Circuits Conference em San Diego. A equipe de pesquisa foi co-liderada por um dos inventores da poeira neural, Michel Maharbiz, professor de engenharia elétrica e ciências da computação em Berkeley.

    p Este gráfico detalha a simplicidade do design StimDust. Os componentes do StimDust incluem um único piezocrystal, que é a antena do sistema, um circuito integrado de 1 milímetro e um capacitor de armazenamento de carga. Crédito:Rikky Muller

    p A criação de poeira neural em Berkeley, liderado por Maharbiz e Jose Carmena, professor de engenharia elétrica e ciências da computação de Berkeley e membro do Helen Wills Neuroscience Institute, abriu a porta para a comunicação sem fio com o cérebro e o sistema nervoso periférico por meio de minúsculos dispositivos implantáveis ​​dentro do corpo que são alimentados por ultrassom. Equipes de engenharia em todo o mundo agora estão usando a plataforma de poeira neural para construir dispositivos que podem ser carregados sem fio por ultrassom.

    p Maharbiz teve a ideia de usar ultrassom para alimentar e se comunicar com implantes muito pequenos. Junto com os professores de Berkeley Elad Alon e Jan Rabaey, o grupo então desenvolveu a estrutura técnica para demonstrar o poder de dimensionamento do ultrassom para dispositivos implantáveis.

    p Primeiros trabalhos de engenharia de D.J. Seo, um Ph.D. em Berkeley aluno que foi co-orientado por Alon e Maharbiz, seguido por validações experimentais por Ryan Neely, outro Ph.D. em Berkeley aluna, aconselhado por Carmena, definir as bases da visão de poeira neural. Nos anos desde a invenção da poeira neural, o ultrassom provou estar entre as tecnologias mais promissoras para alimentar e comunicar dispositivos implantáveis.

    p Muller veio para Berkeley em 2016 e tem sido um importante impulsionador da inovação da poeira neural. Seu grupo de pesquisa é especializado em interfaces eletrônicas bidirecionais com o corpo humano, especificamente no cérebro e no sistema nervoso periférico. Sua equipe tem trabalhado em maneiras de usar a energia que pode ser transmitida à poeira neural. Em StimDust, o laboratório dela pegou a plataforma de poeira neural e construiu um estimulador mais eficaz que pode envolver um tubo de nervo e também pode gravar, transmitir e receber dados. Eles fizeram isso projetando um circuito integrado personalizado para transferir carga de ultrassom para o nervo de uma maneira bem controlada, maneira segura e eficiente.

    p O StimDust se encaixou no nervo ciático de um camundongo vivo por meio de um manguito. Crédito:Rikky Muller.

    p StimDust é cerca de uma ordem de magnitude menor do que qualquer dispositivo ativo com recursos semelhantes que a equipe de pesquisa conhece. Os componentes do StimDust incluem um único piezocrystal, que é a antena do sistema, um circuito integrado de 1 milímetro e um capacitor de armazenamento de carga. StimDust tem eletrodos na parte inferior, que entram em contato com um nervo por meio de um manguito que envolve o nervo. Além do dispositivo, A equipe de Muller projetou um protocolo sem fio personalizado que oferece uma ampla gama de capacidade de programação enquanto mantém a eficiência. Todo o dispositivo é alimentado por apenas 4 microwatts e tem uma massa de 10 miligramas.

    p Depois de testar o StimDust na bancada, a equipe de pesquisa o implantou em um roedor vivo para testá-lo em um ambiente realista. Através de uma braçadeira ao redor do nervo ciático, a equipe de pesquisa foi capaz de controlar o movimento da perna traseira, registre a atividade de estimulação e meça quanta força foi exercida no músculo da perna traseira à medida que era estimulado. Os pesquisadores então aumentaram gradualmente a estimulação e mapearam a resposta do músculo da perna traseira para que pudessem saber exatamente quanta estimulação era necessária para um recrutamento muscular desejado, uma espécie de análise sofisticada exigida dos dispositivos médicos.

    p Muller espera que seu trabalho possa levar a aplicações de StimDust para tratar doenças como irregularidades cardíacas, dor crônica, asma ou epilepsia.

    p "Uma das grandes visões do meu grupo é criar essas interfaces bidirecionais muito eficientes com o sistema nervoso e acoplá-las à inteligência para realmente entender os sinais da doença e, então, ser capaz de tratá-la de forma inteligente, forma metódica, "Muller disse. Há uma oportunidade incrível para aplicativos de saúde que podem realmente ser transformadores."


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