Wireless Neuroprobe-On-A-Chip

Sykdommer som rammer hjernen er vår tids største helseutfordring og rammer ulikt fattige land og ulike aldersgrupper. Ofte fører hjernesykdommer til lang tids sykdom som er krevende både for pasienter, pårørende og samfunnsøkonomien. Ved de fleste hjernesykdommer mangler man medisiner som kan kurere sykdommen, og man kjenner ikke til mekanismene som ligger til grunn. For å utvikle bedre diagnoser og behandling trenger man mer kunnskap om hvordan den friske hjerne virker og hva som går galt ved sykdom. En utfordring i hjerneforskning er å kunne registrere aktivitet til flest mulig hjerneceller og kunne manipulere aktiviteten uten å begrense normal adferd. De siste tiårene har det vært en rivende utvikling i hjerneforskning, men utstyret er problematisk dyrt og stort og må stort sett gjøres med pasient eller forsøksdyrkoblet til registreringsutstyret via en ledning. Dette begrenser den naturlige adferden. I dette prosjektet vil vi utvikle et system for registrering og manipulering av hjerneaktivitet som baserer seg på trådløs strømforsyning og overføring av data. Ved å bruke optisk overføring av energi kan vi utvikle et system som ikke er begrenset av varigheten på strømforsyning fra et batteri. Forskere ved Sintef Digital vil utvikle prototyper som blir testet av hjerneforskere ved Universitetet i Oslo. De vil være basert på en blanding av egenutviklede og "Common of the shelf" (COTS) komponenter. Ved å bruke silisiumbrikker som kretskort (interposer) i samsvar med COTS komponenter i brikkeformat, vil vi kunne miniatyrisere elektronikken. De registreringene man har av hjerneaktivitet fra pasienter med nevrodegenerative sykdommer stammer gjerne fra sent i sykdomsforløpet. Ved å registrere hjerneaktivitet under utviklingen av nevrodegenerative sykdommer, kan man se etter tidlige tegn (biomarkører) for sykdom, lenge før sykdommen fører til detekterbare symptomer.

Almost a billion people are estimated to suffer from brain disorders across the world today, and there is an urgent need for improved diagnosis, biomarkers and treatment to combat brain diseases. Yet, development is hampered by a lack of mechanistic understanding of most brain diseases. Recent development of smart microelectronic devices hold an unused potential for ground breaking innovations in brain research. Almost one hundred years after the first EEG recording of brain activity from the scalp of a human, most recordings of brain activity is still performed with the recording device on the subject tethered to a computer. Wireless solutions in brain research have so far been limited by low data transmission, short recording time or bulky batteries and devices. WIth BrainChip, we propose to capitalise on innovations that have revolutionised the use of smart phones such as in micro-opto-electronics, chip and wireless technologies We will engineer a wireless and fully implantable smart Neuroprobe-on-a-chip, a device that can decode and manipulate neural activity in real time. This disruptive technical advancement will allow a radical increase in a subject’s freedom of movement while preserving state-of-the-art quality of recordings of neural activity. We have an ideal team to achieve this by combining expertise from the Microsystem and Nanotechnology Lab at SINTEF with neuroscientists at UiO (medical faculty). BrainChip will develop and test the Neuroprobe in a translational project of freely moving, focusing on mouse models of dementia and sleep. Our long-term goal is to establish the Neuroprobe-on-a-chip beyond brain research and contribute towards low-cost and high-precision ambulatory instrumentation for early detection, prevention, and ultra-long-term monitoring of brain disorders in patients.