Descripción del proyecto
Microbots en el encéfalo para la actuación multimodal y la neuroestimulación
Las neuronas se comunican y realizan tareas a través de una interacción compleja de mecanismos de señalización que incluyen cambios eléctricos, químicos (moleculares e iónicos) y térmicos. Su participación en una determinada tarea puede medirse en parte por las señales generadas durante su despolarización y repolarización, tanto individualmente como por la actividad simultánea de muchas células (potenciales de campo extracelulares). El equipo del ambicioso proyecto CROSSBRAIN, financiado por el Consejo Europeo de Innovación, desarrollará un enjambre de microbots inalámbricos, implantables y compatibles con resonancia magnética nuclear que pueda detectar la actividad eléctrica a nivel celular y de circuito, y modular la estimulación eléctrica de las células, según sea necesario. Esto se logrará con accionadores multimodales compatibles con computación perimetral extrema, que es posible gracias a la recopilación y comunicación de energía inalámbrica miniaturizada a bordo.
Objetivo
A vast number of pathological brain conditions directly involve aberrant electrical activity of the brain. CROSSBRAIN centres its technological revolution on the convergence of novel nanoactuation modalities, bleeding-edge nano-electronics, and miniaturized wireless energy harvesting and communication. Combining extreme edge computing with advanced nanomaterials featuring tailored physical properties, biocompatible coatings, and material modifications to prevent glial scarring, CROSSBRAIN will enable individualized, adaptive and highly spatiotemporally localized actuation of brain tissue. It will leverage sensing electric local field potentials, multiunit neuronal activity, and cross-modal nanomaterial-based modulation (electrical, mechanical, thermal, ionic concentration, optogenetics) of neuronal excitability with on-board intelligence. The CROSSBRAIN platform comprises a swarm of wireless, implantable, MRI-compatible microbots for in vivo electrophysiology and cross-modal neuromodulation at the cell- and microcircuit levels, in freely moving rodents. CROSSBRAIN delivers a multiplicity of stimulation modalities, involving electro-mechano-magneto-thermo-optical principles for modulation of nerve cell excitability. The microbots will feature both sensing and actuation electrodes, engineered with nanomaterials and viral vectors coatings. They will be implanted endovascularly, deliver genetic material upon command, and operate in federation under the networked control and wireless power supply by a tiny central unit, which can be worn like an internet of things device. CROSSBRAIN will deliver autonomous or manual, closed-loop sensing, prediction, and actuation through combining multiple neuromodulation mechanisms, which will act in a synergistic and dynamic manner to optimally shape stimulation according to individual neuronal firing patterns or clinician’s needs. As case studies, we will explore CROSSBRAIN action in animal models of Parkinson’s Disease and Epilepsy.
Ámbito científico
- medical and health sciencesbasic medicineneurologyepilepsy
- natural sciencescomputer and information sciencesinternet
- engineering and technologymaterials engineeringcoating and films
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
- engineering and technologyelectrical engineering, electronic engineering, information engineeringinformation engineeringtelecommunicationsradio technology
Palabras clave
Programa(s)
- HORIZON.3.1 - The European Innovation Council (EIC) Main Programme
Convocatoria de propuestas
HORIZON-EIC-2021-PATHFINDERCHALLENGES-01
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HORIZON-EIC - HORIZON EIC GrantsCoordinador
00133 Roma
Italia