Μηχανικοί Εφευρίσκουν Προηγμένο Διεπαφή Εγκεφάλου-Υπολογιστή με Μικροβελόνες

Ερευνητές μηχανικής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας – Σαν Ντιέγκο έχουν εφευρέσει μια προηγμένη διεπαφή εγκεφάλου-υπολογιστή (BCI) που αποτελείται από μια ευέλικτη και μορφοποιήσιμη βάση, καθώς και διαπερώσιμες μικροβελόνες. Η ευέλικτη βάση επιτρέπει στη BCI να προσαρμόζεται πιο ομοιόμορφα στην περίπλοκη καμπύλη επιφάνεια του εγκεφάλου. Επίσης, επιτρέπει στη BCI να διανείμει πιο ομοιόμορφα τις μικροβελόνες που διαπερνούν τον φλοιό.

Μικροβελόνες και Ευέλικτη Βάση

Αυτές οι μικροβελόνες είναι 10 φορές λεπτότερες από τα ανθρώπινα μαλλιά και βγάζονται από την ευέλικτη βάση. Στη συνέχεια, διαπερνούν την επιφάνεια του εγκεφαλικού ιστού χωρίς να διαπερνούν τις επιφανειακές φλέβες. Οι μικροβελόνες μπορούν να καταγράψουν σήματα από νευρικές κυτταρές στον φλοιό.

Το νέο σύστημα δοκιμάστηκε σε ροδέντα και η έρευνα δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Functional Materials.

Η ομάδα ήταν υπό την ηγεσία του καθηγητή ηλεκτρολογικής μηχανικής Shadi Dayeh στο πανεπιστήμιο. Αποτελούνταν επίσης από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης υπό την ηγεσία της καθηγήτριας βιοϊατρικής μηχανικής Anna Devor.

Το σύστημα απέδειξε απόδοση ισοδύναμη με το υπάρχον χρυσό πρότυπο για BCI με διαπερώσιμες βελόνες. Αυτό ονομάζεται “Utah Array” και έχει αποδειχθεί ότι βοηθά άτομα με τραυματισμούς σπονδυλικής στήλης και θυμάτων εγκεφαλικού. Μπορούν να χρησιμοποιούν τις σκέψεις τους για να ελέγχουν ρομποτικά άκρα και άλλα συσκευές.

Η ευελιξία και η προσαρμογή της BCI βοηθούν στην επίτευξη στενότερης επαφής μεταξύ του εγκεφάλου και των ηλεκτροδίων, επιτρέποντας καλύτερη και πιο ομοιόμορφη καταγραφή των σημάτων δραστηριότητας του εγκεφάλου. Ο τρόπος με τον οποίο κατασκευάζεται η BCI επιτρέπει μεγαλύτερες επιφάνειες αισθητήρων, οι οποίες βοηθούν στην παρακολούθηση μεγαλύτερου τμήματος της επιφάνειας του εγκεφάλου ταυτόχρονα.

Στις πειραματικές δοκιμές, η διαπερώσιμη μικροβελόνη που αποτελείται από 1.024 μικροβελόνες μπορούσε επιτυχώς να καταγράψει σήματα που προκλήθηκαν από ακριβή ερεθίσματα από τους εγκεφάλους των αρουραίων. Αυτό σημαίνει ότι καλύπτει δέκα φορές την επιφάνεια του εγκεφάλου σε σύγκριση με τις τρέχουσες τεχνολογίες.

Οι μαλακές βάσεις BCI είναι επίσης λεπτότερες και ελαφρύτερες από τις παραδοσιακές, οι οποίες χρησιμοποιούν γυάλινα καλύμματα. Τα νέα είδη καλυμμάτων θα μπορούσαν να μειώσουν την ερεθιστική δράση του εγκεφαλικού ιστού που έρχεται σε επαφή με το πλέγμα των αισθητήρων.

Οι ευέλικτες βάσεις είναι επίσης διαφανείς, οι οποίες οι ερευνητές λένε ότι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη διεξαγωγή θεμελιώδους νευροεπιστημονικής έρευνας που αφορά ζωικά μοντέλα που θα ήταν αλλιώς αδύνατο.

Ρομποτικά Χέρια Με Taktilική Ανταπόκριση

Οι ερευνητές λένε ότι οι διαπερώσιμες μικροβελόνες με μεγάλη χωρική κάλυψη θα απαιτούνται για να βελτιωθούν οι BCI στο μέλλον και να τις επιτρέψουν να χρησιμοποιηθούν σε “κλειστά συστήματα”. Αυτό θα μπορούσε να βοηθήσει άτομα με σοβαρά περιορισμένη κινητικότητα και θα μπορούσε να επιτρέψει την τακτική ανταπόκριση για κάποιον που χρησιμοποιεί ρομποτικό χέρι.

Τακτικές αισθητήρες στο ρομποτικό χέρι θα μπορούσαν να αισθανθούν την υφή, τη σκληρότητα και το βάρος ενός αντικειμένου. Θα κατέγραφαν πληροφορίες που θα μπορούσαν να μεταφραστούν σε ηλεκτρικά σήματα που διατρέχουν τα καλώδια έξω από το σώμα στη BCI. Ο εγκέφαλος θα λάμβανε πληροφορίες απευθείας από αυτά τα ηλεκτρικά σήματα για το αντικείμενο και ο άνθρωπος θα μπορούσε στη συνέχεια να điều chỉnh τη λαβή του με βάση τις αισθηθείσες πληροφορίες.

Το εργαστήριο Dayeh έχει ήδη εφευρέσει διάφορους τακτικούς αισθητήρες που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για αυτές τις εφαρμογές.