Insinöörit keksivät edistyneen aivokonerajapinnan mikroneulojen avulla

Kalifornian yliopiston San Diegon kampuksen insinööritutkijat ovat keksineet edistyneen aivokonerajapinnan (BCI), joka koostuu joustavasta ja muovautuvasta tukirakenteesta sekä lävistävistä mikroneuloista. Joustava tukirakenne mahdollistaa BCI:n tasaisemman muotoutumisen aivokuoren monimutkaiseen, kaarevaan pintaan. Se myös mahdollistaa mikroneulojen tasaisemman jakautumisen, jotka lävistävät aivokuoren.

Mikroneulat ja joustava tukirakenne

Nämä mikroneulat ovat 10 kertaa ohuemmat kuin ihmisen hiukset ja tulevat joustavasta tukirakenteesta. Ne lävistävät aivokudoksen pinnan ilman, että ne lävistävät pinnan laskimoita. Mikroneulat pystyvät tallentamaan signaaleja hermosoluista aivokuoressa.

Uusi järjestelmä testattiin jyrsijöillä, ja tutkimus julkaistiin Advanced Functional Materials -lehdessä.

Tutkimusryhmää johti sähköinsinööriprofessori Shadi Dayeh yliopistosta. Siihen kuului myös tutkijoita Bostonin yliopistosta, jota johti biolääketieteellisen insinööritieteen professori Anna Devor.

Järjestelmä osoitti saman tasoiset suorituskyvyn kuin olemassa oleva kultainen standardi BCI:lle, jossa käytetään lävistäviä neuloja. Tätä standardia kutsutaan “Utah Arrayksi”, ja se on osoittanut auttavan henkilöitä, joilla on selkärankavammoja ja aivoinfarktia. He voivat käyttää ajatuksiaan ohjaamaan robottiraajoja ja muita laitteita.

Uuden BCI:n joustavuus ja muovautuvuus auttavat saavuttamaan lähemmän kosketuksen aivokuoren ja elektrodeiden välillä, mikä mahdollistaa paremman ja tasaisemman tallentamisen aivotoimintaa koskevista signaaleista. BCI:n rakenteen tapa mahdollistaa suuremmat tunnistuspinnat, mikä auttaa seuraamaan suurempaa aluetta aivopinnasta samanaikaisesti.

Kokeissa lävistävän mikroneulojen joukko, joka koostui 1 024 mikroneulasta, pystyi onnistuneesti tallentamaan signaaleja, jotka aiheutuivat tarkoista ärsykkeistä rotan aivoista. Tämä kattaa kymmenen kertaa suuremman alueen aivoissa verrattuna nykyisiin teknologioihin.

Pehmeät tukirakenteet ovat myös ohuemmat ja kevyempiä kuin perinteiset, joissa käytetään lasisia tukirakenteita. Uudenlaiset tukirakenteet voivat vähentää aivokudoksen ärsytystä, joka johtuu anturien joukon kanssa kosketuksesta.

Joustavat tukirakenteet ovat myös läpinäkyviä, mikä tutkijoiden mukaan voisi hyödyttää perustutkimuksessa, jossa käytetään eläinmalleja, joita muuten olisi mahdoton tehdä.

Robottikädet taktilisella palautteella

Tutkijat sanovat, että lävistävien mikroneulojen joukoilla, joilla on suuri alueellinen peitto, tarvitaan BCI:n parantamiseen tulevaisuudessa ja niiden käyttöön “suljettujen silmukoiden” järjestelmissä. Tämä voisi auttaa henkilöitä, joilla on rajattu liikkuvuus, ja mahdollistaa taktilisen palautteen robottikäden käytössä.

Taktiliset anturit robottikädessä voivat havaita esineen tekstuuri, kovuuden ja painon. Ne voivat tallentaa tietoa, jota voidaan kääntää sähköiseksi stimulaatioksi, joka kulkee johtimien kautta ulkopuolelle BCI:hen. Aivot voivat vastaanottaa suoraan nämä sähköiset signaalit esineestä, ja henkilö voi sitten säätää otettaan aistimansa tiedon perusteella.

Dayehin laboratorio on jo keksinyt erilaisia taktisia antureita, joita voidaan käyttää näihin sovelluksiin.