Ny tilgang kan føre til tankekontrollerede elektroniske proteser

De nuværende neurale implantater kan optage massive mængder af neural aktivitet, som derefter overføres via ledninger til en computer. Forskere har forsøgt at udvikle trådløse hjernen-computer-grænseflader til at fuldføre denne handling, men det kræver en stor mængde strøm. På grund af denne store mængde strøm genereres der for meget varme, hvilket gør implantaterne usikre for patienter. 

Nu er der en ny studie fra Stanford, der søger at løse dette problem. Forskere ved universitetet har konstant arbejdet på teknologi, der kan føre til, at patienter med lammelse genopnår kontrol over deres lemmer. Specifikt har de rettet sig mod teknologi, der vil give disse patienter mulighed for at kontrollere proteser og interagere med computere ved hjælp af deres tanker. 

Hjernen-Computer-Grænseflade

For at opnå dette har holdet fokuseret på at forbedre en hjernen-computer-grænseflade, som er en enhed, der er implanteret på overfladen af en patients hjernen, lige under kraniet. Implantaten forbinder det menneskelige nervesystem til en elektronisk enhed, der kan hjælpe med at genoprette motorisk kontrol hos en person, der har lidt en rygmarvsskade eller neurologisk tilstand.

De nuværende enheder optager store mængder af neural aktivitet og overfører den via ledninger til en computer, og når forskerne forsøger at skabe trådløse hjernen-computer-grænseflader, er det, hvor der genereres for meget varme. 

Holdet af elektroingeniører og neurovidenskabsmænd, herunder Krishna Shenoy, PhD, og Boris Murmann, PhD, og neurokirurg og neurovidenskabsmand Jaimie Henderson, MD, har demonstreret en mulig måde at opnå en trådløs enhed, der kan indsamle og overføre nøjagtige neurale signaler, samtidig med at den bruger en tiendedel af den strøm, der kræves af de nuværende systemer. 

De foreslåede trådløse enheder vil synes mere naturlige end dem med ledninger, og patienterne vil have en større rækkevidde af bevægelser.

Tilgangen blev detaljeret af ph.d.-studerende Nir Even-Chen og postdoc-forsker Dante Muratore, PhD i en artikel offentliggjort i Nature Biomedical Engineering. 

Isolering af neurale signaler

Neurovidenskabsmændene kunne identificere bestemte neurale signaler, der var nødvendige for at kontrollere en proteseenhed. Enheden kunne være hvad som helst, fra en robotarm til en computercursor. 

Elektroingeniørerne skabte herefter kredsløbet, der ville føre til en trådløs hjernen-computer-grænseflade, der kan behandle og overføre de identificerede neurale signaler. Ved at isolere signalerne krævedes der mindre strøm, hvilket gjorde enhederne sikre til at implantere på overfladen af hjernen.

Holdet testede deres tilgang ved at bruge indsamlet neurondata fra tre ikke-menneskelige primater og en menneskelig deltager. I den kliniske prøve udførte subjekterne bevægelsesopgaver som at placere en cursor på en computerskærm. De optog derefter målinger, og holdet kunne fastslå, at ved at optage en undermængde af handlingsspecifikke hjernesignaler, kunne en persons bevægelse kontrolleres af en trådløs grænseflade. 

Den vigtigste adskillelsefaktor mellem denne enhed og den ledede enhed er isolation, hvor den ledede enhed indsamler hjernesignaler i bulk. 

Holdet af forskere vil nu konstruere en implantat baseret på den nye tilgang og design.