Інтерфейс мозок-комп’ютер на нейрозернах-крок до недосяжних раніше знань

0
33

З усіх людських органів мозок, безсумнівно, найскладніший для вивчення і лікування. Пацієнти з черепно-мозковими травмами нерідко стикаються з необхідністю заново вчити базові навички, включаючи мова і ходьбу.

Основною перешкодою для розробки більш ефективних і цілеспрямованих методів лікування є відносна нестача знань про те, як працює людський мозок. Але тепер група вчених з бейлорського, брауновського та каліфорнійського університетів спільно з qualcomm створили мікроскопічні сенсори, звані нейрозернами, які можуть реєструвати нейронну активність мозку.

Нейроземи впроваджуються безпосередньо в головний мозок і дають детальну інформацію про травму. Це допоможе знайти найбільш ефективне лікування людям з ушкодженнями спинного і головного мозку. Після імплантації кожен датчик розміром з крупицю солі записує електричні імпульси, що виникають в результаті збудження нейронів. Це дозволяє дослідникам визначити способи впливу травми на розум, а також принцип того, як стимуляція мозку лікує пошкодження.

інтерфейс мозок-комп’ютер приймає від мозку сигнали і трансформує їх в команди. За допомогою мікросенсорів-нейрозерен-нейронна активність мозку буде зчитуватися максимально точно

При розробці мініатюрного чіпа дослідники зіткнулися з декількома проблемами. По-перше, існувала практична складність створення таких крихітних датчиків. Звичайна електроніка, яка використовується для виявлення, передачі та посилення електричних сигналів, повинна була бути значно зменшена, перш ніж її стало можливо використовувати в якості робочих компонентів.

Другою проблемою був вузол зовнішніх комунікацій. Сигнали від нейрозерен повинні бути передані на комп’ютер поза тілом, перш ніж дослідники зможуть інтерпретувати дані.

Ідея нейрозерни полягає в тому, що замість використання одного монолітного масиву датчиків для вимірювання активності нейронів вони використовують масив крихітних датчиків з бездротовим підключенням, які можуть бути розподілені по всьому мозку.

Для досягнення цих цілей нейрогранулам необхідно мати центральний вузол зв’язку. Щоб створити його, дослідники розробили тонкий концентратор розміром приблизно з відбиток людського великого пальця, який розміщується зовні тіла на шкірі голови користувача. Потім, працюючи як мініатюрна вишка стільникового телефону, концентратор використовує бездротовий протокол для координації сигналів від нейрогранул, а також для бездротової передачі їм енергії.

Незважаючи на те, що дослідження зіткнулося з численними проблемами в області електромагнетизму, нейробіології, проектування схем і виготовлення сенсорів, в кінцевому підсумку воно виявилося успішним.

Нейрозерна (мікроскопічні комп’ютерні сенсори) на подушечці пальця. Зображення: jihun lee / brown university

У своєму експерименті дослідникам вдалося впровадити 48 нейрозерен на кортикальну поверхню мозку щура. Система успішно стимулювала мозок щура і записувала від нього характерні нейронні сигнали, при цьому індивідуально звертаючись до кожного нейрозерну по бездротовій мережі.

Результати, засновані на теоретичних розрахунках і експериментальних вимірах, показують, що в майбутньому система може масштабуватися до 770 нейрозерен.

За словами дослідників, тисячі цих чіпів можуть працювати разом, щоб створити недосяжну в даний час карту людського мозку, яка надасть лікарям і вченим інформацію для створення ефективних методів лікування травм головного і спинного мозку від помірних до важких.