Ingeniører opfinder en avanceret hjerne-computer-grænseflade med mikronåle

Ingeniør-forskere fra University of California – San Diego har opfundet en avanceret hjerne-computer-grænseflade (BCI), der består af et fleksibelt og formbart underlag samt gennemtrængende mikronåle. Det fleksible underlag giver BCI mulighed for at tilpasse sig mere jævnt til hjernens komplekse, kurvede overflade. Det tillader også BCI at distribuere mikronålene mere ensartet, så de trænger ind i cortex.

Mikronåle og fleksibelt underlag

Disse mikronåle er 10 gange tyndere end menneskehår og kommer ud af det fleksible underlag. De trænger herefter ind i overfladen af hjernevævet uden at gennembore overfladevenuler. Mikronålene kan optage signaler fra nerveceller i cortex.

Det nye system blev testet i rotter, og forskningen blev offentliggjort i tidsskriftet Advanced Functional Materials.

Holdet blev ledet af professor i elektroteknik Shadi Dayeh fra universitetet. Det bestod også af forskere fra Boston University, ledet af professor i biomedicinsk ingeniørvidenskab Anna Devor.

Systemet demonstrerede en præstation på niveau med den eksisterende guldstandard for BCI’er med gennemtrængende nåle. Denne standard, kaldet “Utah Array”, har vist sig at hjælpe personer med rygmarvsskader og slagoffer. De kan bruge deres tanker til at styre robotlemmer og andre enheder.

Den nye BCI’s fleksibilitet og konformitet giver tættere kontakt mellem hjernen og elektroderne, hvilket muliggør bedre og mere ensartet optagelse af hjernens aktivitetssignaler. Den måde, hvorpå BCI er konstrueret på, giver mulighed for større sensoroverflader, hvilket hjælper med at overvåge en større del af hjernens overflade samtidig.

I eksperimenterne kunne den gennemtrængende mikronåle-array, der bestod af 1.024 mikronåle, med succes optage signaler udløst af præcise stimuli fra rotternes hjerner. Dette dækker ti gange større område af hjernen i forhold til nuværende teknologier.

BCI’er med blødt underlag er også tyndere og lettere end traditionelle BCI’er med glasunderlag. Den nye type underlag kan reducere irritationen af hjernens væv, der kommer i kontakt med sensoren.

De fleksible underlag er gennemsigtige, hvilket forskerne siger kunne udnyttes til at udføre grundlæggende neurovidenskabelig forskning med dyremodeller, som ellers ville være umulig at gennemføre.

Robotiske Hænder Med Taktil Feedback

Forskerne siger, at gennemtrængende mikronåle-array med stor rumlig dækning vil være nødvendig for at forbedre BCI’er i fremtiden og muliggøre deres brug i “systemer med lukket feedbacksløjfe”. Dette kunne hjælpe personer med svært begrænset mobilitet og kunne give taktil feedback til nogen, der bruger en robothånd.

Taktile sensorer på den robotiske hånd kunne fornemme teksturen, hårdheden og vægten af et objekt. De ville optage information, der kunne oversættes til elektriske stimuleringsmønstre, der rejser gennem ledninger uden for kroppen til BCI’en. Hjernen ville modtage information direkte fra disse elektriske signaler om objektet, og personen kunne derefter justere deres greb baseret på den fornemmelse, de havde.

Dayeh-laboratoriet har allerede opfundet forskellige taktile sensorer, der kunne bruges til disse formål.