Nieuwe benadering kan leiden tot door gedachten gecontroleerde elektronische protheses

Huidige neurale implantaten zijn in staat om grote hoeveelheden neurale activiteit op te nemen, die vervolgens via draden naar een computer worden verzonden. Onderzoekers hebben geprobeerd om draadloze hersen-computerinterfaces te ontwikkelen om deze actie te voltooien, maar dat vereist een grote hoeveelheid energie. Vanwege deze hoge hoeveelheid energie wordt te veel warmte gegenereerd, waardoor de implantaten onveilig zijn voor patiënten.

Nu komt een nieuwe studie van Stanford om dit probleem op te lossen. Onderzoekers aan de universiteit hebben constant gewerkt aan technologie die kan leiden tot het herstel van controle over ledematen bij patiënten met verlamming. Specifiek hebben ze gericht op technologie die deze patiënten in staat zou stellen om protheses te controleren en met computers te communiceren met behulp van hun gedachten.

Hersen-Computerinterface

Om dit te bereiken, heeft het team zich gericht op het verbeteren van een hersen-computerinterface, een apparaat dat op het oppervlak van de hersenen van een patiënt wordt geïmplanteerd, net onder de schedel. De implantatie verbindt het menselijke zenuwstelsel met een elektronisch apparaat, dat kan helpen om de motorische controle te herstellen bij een persoon die een ruggengraatletsel of neurologische aandoening heeft.

Huidige apparaten nemen grote hoeveelheden neurale activiteit op en zenden deze via draden naar een computer, en wanneer onderzoekers proberen om draadloze hersen-computerinterfaces te maken, wordt te veel warmte gegenereerd.

Het team van elektrotechnisch ingenieurs en neurowetenschappers, waaronder Krishna Shenoy, PhD, en Boris Murmann, PhD, en neurochirurg en neurowetenschapper Jaimie Henderson, MD, hebben een mogelijke manier aangetoond om een draadloos apparaat te maken dat in staat is om nauwkeurige neurale signalen op te nemen en te verzenden, terwijl het slechts een tiende van de energie gebruikt die nodig is voor huidige systemen.

De voorgestelde draadloze apparaten zouden meer natuurlijk lijken dan de apparaten met draden, en patiënten zouden een grotere bewegingsvrijheid hebben.

De benadering werd gedetailleerd door promovendus Nir Even-Chen en postdoctoraal onderzoeker Dante Muratore, PhD in een artikel gepubliceerd in Nature Biomedical Engineering.

Isolatie van neurale signalen

De neurowetenschappers konden specifieke neurale signalen identificeren die nodig waren om een prothese te controleren. Het apparaat kon alles zijn, van een robotarm tot een computermuis.

De elektrotechnisch ingenieurs creëerden vervolgens de schakeling die zou leiden tot een draadloze hersen-computerinterface die in staat was om de geïdentificeerde neurale signalen te verwerken en te verzenden. Door signalen te isoleren, was minder energie nodig, waardoor de apparaten veilig konden worden geïmplanteerd op het oppervlak van de hersenen.

Het team testte hun benadering door gebruik te maken van verzamelde neuronale gegevens van drie niet-menselijke primaten en één menselijke deelnemer. In de klinische proef voerden de deelnemers bewegingstaken uit, zoals het positioneren van een muis op een computerscherm. Ze namen metingen op en het team kon vaststellen dat door het opnemen van een subset van actiespecifieke hersensignalen, de beweging van een persoon kon worden gecontroleerd door een draadloze interface.

Het belangrijkste onderscheidende kenmerk tussen dit apparaat en het apparaat met draden is isolatie, waarbij het apparaat met draden neurale signalen in bulk verzamelt.

Het team van onderzoekers zal nu een implant maken op basis van de nieuwe benadering en ontwerp.