Geïmplanteerde draadloze sensors ter grootte van een zandkorrel kunnen spieren en zenuwen monitoren, en in de toekomst ook aansturen.

De samensmelting van mens en machine, een cyborg, komt een stapje dichterbij. Onderzoekers van de Universiteit van California te Berkeley hebben minuscule sensors gemaakt, neuraal stof genaamd, die ze in ratten implanteerden. Zo konden ze perfect de zenuw- en spieractiviteit van de ratten in kwestie volgen.

Trillend kristal

Het neurale stof werkt als volgt. Een ultrasone geluidszender vuurt van buitenaf ultrasone geluidgolven af op de neurale stofdeeltjes, die bestaan uit een zogenoemd piëzo-elektrisch kristal en een transistor. Het kristal vervormt door het geluid en produceert daarbij een spanning, die de transistor activeert.

Tegelijkertijd staat de transistor in contact met een spier of zenuw. Zodra de spier of zenuw in actie komt, ontstaat daar een spanning. Die kaatst als een echo op de transistor. De transistor geeft dat door aan het kristal. De trillingen van het kristal, en daarmee de ultrasone geluiden die het uitzendt, veranderen daardoor.

Die verandering, door de onderzoekers backscatter genoemd, wordt opgepikt door hetzelfde apparaatje dat de geluiden uitzendt. Deze backscatter vertelt de onderzoeker vervolgens precies wat de spier of zenuw doet.

Brein-computer-interfaces

Tot nu werden alleen spieren en zenuwen buiten de hersenen en ruggenmerg uitgerust met het neurale stof. Maar de bedoeling is dat ook het brein van de ratten eraan moet geloven. Dat maakt de weg vrij voor het maken van verbeterde brein-computer-interfaces (BCI’s). Hiermee kunnen verlamde mensen door middel van slechts een gedachte een prothetisch ledemaat bewegen.

De huidige BCI’s zijn niet bepaald ideaal. Ze houden het hooguit een of twee jaar uit voor ze moeten worden vervangen, en werken via draden die via gaten in de schedel naar de sensors gaan. Het neurale stof gaat ruim tien jaar mee en werkt bovendien draadloos, wat wel zo prettig is voor de patiënt.

Nóg kleiner

Maar dat is niet alles. Ook kunnen de minuscule implantaten in de toekomst worden ingezet om een epilepsieaanval te voorkomen (bijvoorbeeld door op het juist moment stroompjes in de hersenen af te geven), het immuunsysteem te boosten of een ontsteking te remmen.

Op dit moment is dit alles nog toekomstmuziek. Voor nu proberen de onderzoekers de sensors verder te verkleinen, ze nog duurzamer te maken (zodat ze een leven lang meegaan) en de ultrasone zender/ontvanger te verbeteren, zodat hij meer gericht kan aansturen en ontvangen. Bovendien hoopt het onderzoeksteam een begin te maken met het monitoren van niet-elektrische signalen, zoals de zuurstof- en hormoonconcentratie in het bloed.

Bronnen: Neuron, University of California, Berkeley

Beeld: Ryan Neely Photo