Ny tilgang kan føre til tankekontrollerede elektroniske proteser

Nuvtiggende 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 kommer der en ny studie fra Stanford, der søger at løse dette problem. Forskerne ved universitetet har konstant arbejdet på teknologi, der kan føre til, at patienter med lammelse kan genopnå kontrol over deres lemmer. Specifikt har de været rettet mod teknologi, der vil tillade disse patienter 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, som kan hjælpe med at genskabe motorisk kontrol til en person, der har lidt en rygmarvsskade eller neurologisk tilstand.

Nuvtiggende enheder optager store mængder af neural aktivitet og overfører dem 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 præcise neurale signaler, samtidig med at den bruger en tiendedel af den strøm, der kræves af nuvtiggende systemer.

De foreslåede trådløse enheder vil synes mere naturlige end dem med ledninger, og patienter 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 specifikke neurale signaler, der var nødvendige for at kontrollere en proteseenhed. Enheden kunne være hvad som helst, fra en robotarm til en computermus.

Elektroingeniørerne skabte derefter kredsløbet, der ville føre til en trådløs hjernen-computer-grænseflade, der kan behandle og overføre de identificerede neurale signaler. Ved at isolere signalerne var der mindre strøm nødvendig, 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 deltagerne bevægelsesopgaver som at positionere en mus 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 primære adskillelsesfaktor mellem denne enhed og den ledede enhed er isolation, med den ledede enhed, der indsamler hjernesignaler i bulk.

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