Nová metoda by mohla vést k elektronickým protézám ovládaným myšlenkami

Současné mozkové implantáty jsou schopny zaznamenat obrovské množství mozkové aktivity, které je poté přenášeno prostřednictvím vodičů do počítače. Vědci se pokusili vyvinout bezdrátové rozhraní mezi mozkem a počítačem, aby dokončili tuto akci, ale to vyžaduje velké množství energie. Kvůli této vysoké spotřebě energie je generováno příliš mnoho tepla, což činí implantáty nebezpečnými pro pacienty. 

Nyní nová studie ze Stanfordu se snaží vyřešit tento problém. Vědci na univerzitě neustále pracují na technologii, která by mohla umožnit pacientům s paralýzou získat zpět kontrolu nad svými končetinami. Konkrétně se zaměřují na technologii, která by umožnila těmto pacientům ovládat protézy a interagovat s počítači pomocí svých myšlenek. 

Rozhraní mezi mozkem a počítačem

Za tímto účelem se tým zaměřil na zlepšení rozhraní mezi mozkem a počítačem, které je zařízení implantované na povrchu mozkové kůry pacienta, přímo pod lebkou. Implantát spojuje lidský nervový systém s elektronickým zařízením, které by mohlo pomoci obnovit motorickou kontrolu u jedinců, kteří trpí poraněním míchy nebo neurologickým onemocněním.

Současné zařízení zaznamenává velké množství mozkové aktivity a přenáší ji prostřednictvím vodičů do počítače, a když vědci pokusí vytvořit bezdrátové rozhraní mezi mozkem a počítačem, je generováno příliš mnoho tepla. 

Tým elektroinženýrů a neurovědců, včetně Krishna Shenoy, PhD, a Borise Murmanna, PhD, a neurochirurga a neurovědce Jaimie Hendersona, MD, prokázali možný způsob, jak dosáhnout bezdrátového zařízení, které je schopno shromažďovat a přenášet přesné mozkové signály, a to při použití desetiny energie požadované současnými systémy. 

Navrhovaná bezdrátová zařízení by se zdála být přirozenější než zařízení s vodiči, a pacienti by měli větší rozsah pohybu.

Přístup byl popsán absolventem Nir Even-Chenem a postdoktorandem Dantem Muratorem, PhD, v článku publikovaném v Nature Biomedical Engineering. 

Izolace mozkových signálů

Neurovědci byli schopni identifikovat specifické mozkové signály, které jsou vyžadovány pro ovládání protetické zařízení. Zařízení mohlo být cokoliv, od robotické paže po počítačový kurzor. 

Elektroinženýři poté vytvořili obvod, který by vedl k bezdrátovému rozhraní mezi mozkem a počítačem, schopnému zpracovat a přenášet identifikované mozkové signály. Izolací signálů byla vyžadována menší energie, což činilo zařízení bezpečnými pro implantaci na povrchu mozkové kůry.

Tým otestoval svůj přístup pomocí shromážděných neuronálních dat ze tří nehumánních primátů a jednoho lidského účastníka. V klinické studii subjekty provedly pohybové úkoly, jako je umístění kurzoru na počítačový obrazovku. Poté zaznamenali měření a tým byl schopen určit, že zaznamenáním podmnožiny akčních mozkových signálů může být pohyb jedince ovládán bezdrátovým rozhraním. 

Hlavním rozdílem mezi tímto zařízením a zařízením s vodiči je izolace, přičemž zařízení s vodiči shromažďuje mozkové signály vcelku. 

Tým výzkumníků nyní postaví implantát na základě nové metody a návrhu.