Distributed and federated cross-modality actuation through advanced nanomaterials and neuromorphic learning

Un gran numero di condizioni patologiche cerebrali coinvolgono direttamente l’attività elettrica aberrante del cervello. CROSSBRAIN concentra la sua rivoluzione tecnologica sulla convergenza di nuove modalità di nanoattuazione, nanoelettronica all'avanguardia e raccolta e comunicazione di energia wireless miniaturizzate. Combinando l’edge computing estremo con nanomateriali avanzati caratterizzati da proprietà fisiche su misura, rivestimenti biocompatibili e modifiche dei materiali per prevenire cicatrici gliali, CROSSBRAIN consentirà l’attivazione personalizzata, adattiva e altamente localizzata spazio-temporalmente del tessuto cerebrale. Sfrutterà il rilevamento dei potenziali del campo elettrico locale, l’attività neuronale multiunità e la modulazione cross-modale basata su nanomateriali (concentrazione elettrica, meccanica, termica, ionica, optogenetica) dell’eccitabilità neuronale con intelligenza integrata. La piattaforma CROSSBRAIN comprende uno sciame di microbot wireless, impiantabili e compatibili con la risonanza magnetica per l'elettrofisiologia in vivo e la neuromodulazione intermodale a livello di cellula e microcircuito, in roditori che si muovono liberamente. CROSSBRAIN offre una molteplicità di modalità di stimolazione, che coinvolgono principi elettro-meccano-magneto-termo-ottici per la modulazione dell'eccitabilità delle cellule nervose. I microbot saranno dotati sia di elettrodi di rilevamento che di attuazione, progettati con nanomateriali e rivestimenti di vettori virali. Verranno impiantati per via endovascolare, forniranno materiale genetico su comando e opereranno in federazione sotto il controllo della rete e l'alimentazione wireless da parte di una minuscola unità centrale, che può essere indossata come un dispositivo Internet of Things. CROSSBRAIN fornirà rilevamento, previsione e attuazione autonomi o manuali a circuito chiuso attraverso la combinazione di molteplici meccanismi di neuromodulazione, che agiranno in modo sinergico e dinamico per modellare in modo ottimale la stimolazione in base ai modelli di attivazione neuronale individuali o alle esigenze del medico. Come casi di studio, esploreremo l’azione di CROSSBRAIN in modelli animali di malattia di Parkinson ed epilessia.