محققان ژاپنی یک دستگاه زیستی جدید قابل کاشت را معرفی کردند که ابعاد آن از ضخامت یک سکه بزرگتر نیست و می‌تواند در کنترل الگوهای مغزی مورد استفاده قرار گیرد. جزئیات این دستگاه در نشریه‌ی AIP Advances موجود می‌باشد. این دستگاه پرتوی فروسرخ را به نور آبی تبدیل می‌کند تا فعالیت عصبی را کنترل کند؛ همچنین کوچکترین و سبک‌ترین دستگاه زیستی نوری بدون سیم است که تا کنون گزارش شده‌است.
در طول قرنها، باور بر این بود که مواد شیمیایی قادر به تغییر رفتار عصبی هستند. حیطه‌ی اپتوژنتیک ثابت کرد که رفتار عصبی همچنین می‌تواند توسط نور مطلق نیز تغییر یابد. اکنون یافته‌ها آن را نشان می‌دهند که نور توانایی آن را دارد تا پروتئینهای بخصوصی را بمنظور تغییر الگوهای مغزی، فعال کند. بر این اساس، دانشمندان دستگاه‌های نوری قابل کاشت را بمنظور کنترل رفتار عصبی جوندگان تنها توسط طول موجهای بخصوص نور بعنوان محرک، استفاده می‌کنند. با این حال، این دستگاه‌ها اغلب بزرگ هستند و فرد آنها را باید به مانند کلاه ایمنی بازی فوتبال یا چیزی سنگین‌تر، بپوشد؛ و باعث ناراحتی و پریشانی حیوانات می‌شوند.
مقاله مرتبط: ابزار اپتوژنتیک جدید برای کنترل پیام رسانی عصبی توسط نور آبی
تاکاشی توکودا، دانشیار (the Nara Institute of Science and Technology (NAIST، بدنبال راه‌هایی برای کوچکتر کردن دستگاه‌های نوری قابل کاشت است.
او می‌گوید: “اندازه همواره بعنوان چالشی پیش روی ما بوده است. هیچ کس دوست ندارد ابزار قابل کاشت بزرگ داشته باشد”.
وابستگی به الکترومغناطیس، مانع کوچکتر کردن دستگاه‌های قابل کاشت شده‌است. در این دستگاه‌ها، ولتاژ و جریان با کاهش اندازه، کاهش می‌یابند، بهمین خاطر موجب محدود شدن قدرت دستگاه می‌شوند. در مقابل، در دستگاه‌هایی که به فتوولتائیک (photovoltaic) وابسته هستند، با کاهش اندازه، ولتاژ دست نخورده باقی می‌ماند.
دستگاه‌های جدید که توسط تیم تحقیقاتی توکودا ساخته شده‌اند، از یک نیمه هادی اکسید فلز مکمل که قدرت فتوولتائیک را کنترل می‌کند، استفاده می‌کند. توکودا اذعان داشت: “ما دو سلول فتوولتائیک را با چیپهای نیمه هادی ادغام کردیم. ۱۰ سلول بمنظور تولید قدرت و ۷ سلول بمنظور متمایل کردن مورد استفاده قرار گرفتند”.
این دستگاه، یک چیپ InGan LED را شامل می‌شود که باعث می‌شود نور آبی از دستگاه ساطع گردد. ویژگی متمایز دیگر دستگاه این است که می‌تواند با پرتو فروسرخ نیز فعال شود. فروسرخ در بسیاری از درمانهای نوری کاربرد دارد، زیرا می‌تواند به نقاط عمیق بدن نفوذ یابد؛ در حالیکه نور آبی نمی‌تواند از سطح بدن به نقاط عمیق‌تری نفوذ کند. بهمین خاطر دستگاه می‌تواند با فاصله‌ای چند سانتیمتری از بدن کاشت شود.
با حجم تنها ۱ میلی‌لیتر مکعب و وزن ۲.۳ میلی گرم، این دستگاه کوچکترین دستگاهی است که اکنون گزارش شده‌است. بهمین خاطر توکودا آن را “کوچکترین تحریک کننده عصبی نوری بدون سیم در جهان” می‌نامد.
توکودا همچنین اذعان دارد که این دستگاه بمنظور دست یابی به حداکثر توان خود، نیازمند تغییراتی است.
او درنهایت گفت: “این دستگاه تنها می‌تواند برای تحریکهای ضربانی مورد استفاده قرار بگیرد و نیازمند زمان شارژ برای هر تحریک است. بسیاری از ابزارهای اپتوژنتیک از (تحریکهای) ضربانی متعدد استفاده می‌کند. ما نیاز داریم تا دریافت قدرت و کارآیی تبدیل را ارتقا بخشیم”.
