A new brain stimulator feeds on breathing

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by Gianluca Riccio

Medicine

A new brain stimulator feeds on breathing

- impianti che regolano l’attività elettrica nel cervello sono usati da decenni per trattare i sintomi del Parkinson. La ricerca sta sviluppando soluzioni nuove per estenderne funzioni ed efficacia.

Un nuovo design potrebbe migliorare notevolmente l’uso di uno stimolatore cerebrale come questi, grazie a speciali generatori triboelettrici integrati che convertono la respirazione di un utente in elettricità.

How Deep Brain Stimulation Works

La stimolazione cerebrale profonda prevede l’impianto di minuscoli fili in aree mirate del cervello per fornire lievi impulsi elettrici, che intervengono per correggere l’attività elettrica anormale del cervello.

It is a technique approved by now 25 years ago, in 1997, for the treatment of tremors caused by Parkinson's. Recently, however, we have seen scientists adapt it to treat depression and impulsive behavior, with promising initial results.

Hundreds of thousands of patients each year receive a brain stimulator. The main device is placed under the chest, and its very thin branches travel to the brain. In their current form, the devices run on batteries that need to be replaced every two or three years, and each time a surgical procedure is needed to do so. Far too uncomfortable.

Fueled by the breath

A likely turning point has recently come from the new solutions adopted for the cardiac pacemaker. It is a device that has many points in common with a brain stimulator. Researchers have developed experimental pacemakers that can be powered by the body's muscles, for example, or even by the heartbeat itself.

Gli scienziati dell’Università del Connecticut hanno applicato questo principio anche alla stimolazione cerebrale profonda. La loro creazione si basa sull’effetto triboelettrico, in cui alcuni materiali si caricano elettricamente quando si sfregano l’uno contro l’altro, avete presente quando indossate un maglioncino e prendete una scossetta?

The brain stimulator developed by the American team (I link you here the study published in the journal Cell Reports Physical Science) is able to collect energy through the respiratory movements of a person.

How is this new generation brain stimulator made?

L’impianto è costituito da strati di materiali triboelectrics che generano elettricità dall’attrito. Questa elettricità carica un supercondensatore biocompatibile, che a sua volta alimenta lo stimolatore cerebrale.

“Abbiamo creato il nostro minuscolo generatore triboelettrico grazie a nuovi nanomateriali che innescano una notevole produzione di energia quando entrano in contatto tra loro. Energia più che sufficiente a far funzionare lo stimolatore”, afferma l’autrice dello studio Esraa Elsanadidy.

Breathing powered brain stimulator, the next steps

The team tested the device on a pig lung that could be inflated and deflated via a pump. This simulated breathing caused the triboelectric materials to rub off and generate electricity, which the stimulator exploited to create 60 electrical pulses per second. Impulses that successfully stimulated the brain tissue of a mouse.

“È il primo sistema al mondo che mette insieme tutto: raccolta di energia, accumulo di energia e stimolatore cerebrale”, afferma il membro del team Islam Mosa.

Il prossimo passo cui lavorano i ricercatori è il test su animali di grandi dimensioni. Se tutto va bene, in poco tempo otterremo impianti molto più efficaci e agevoli da “indossare”.