Ingeniører oppfinner avansert hjerne-datamaskingrensesnitt med mikronåler

Ingeniørforskere ved University of California – San Diego har oppfunnet et avansert hjerne-datamaskin-grensesnitt (BCI) som består av en fleksibel og formbar bakside, samt penetrerende mikronåler. Den fleksible baksiden gjør at BCI kan tilpasses mer jevnt til hjernens komplekse buede overflate. Det lar også BCI fordele mikronåler mer jevnt som gjennomborer cortex. 

Mikronåler og fleksibel bakside

Disse mikronålene er 10 ganger tynnere enn menneskehår og kommer ut av den fleksible baksiden. De trenger deretter inn i overflaten av hjernevevet uten å stikke hull på overflatevenuler. Mikronålerne er i stand til å registrere signaler fra nerveceller i cortex.

Det nye systemet ble testet på gnagere, og forskningen ble publisert i tidsskriftet Avanserte funksjonelle materialer. 

Teamet ble ledet av elektroingeniørprofessor Shadi Dayeh ved universitetet. Den besto også av forskere fra Boston University ledet av biomedisinsk ingeniørprofessor Anna Devor. 

Systemet viste en ytelse på nivå med den eksisterende gullstandarden for BCI-er med penetrerende nåler. Kalt "Utah Array", har denne standarden vist seg å hjelpe personer med ryggmargsskader og slagofre. De kan bruke tankene sine til å kontrollere robotlemmer og andre enheter. 

Den nye BCIs fleksibilitet og tilpasningsevne bidrar til å oppnå tettere kontakt mellom hjernen og elektrodene, noe som muliggjør bedre og mer enhetlig registrering av hjerneaktivitetssignalene. Måten BCI er konstruert på tillater større sanseoverflater, noe som hjelper den å overvåke et større område av hjerneoverflaten samtidig. 

I eksperimentene kunne den penetrerende mikronålarrayen bestående av 1,024 mikronåler med hell registrere signaler utløst av presise stimuli fra hjernen til rotter. Dette betyr at den dekker ti ganger hjernearealet sammenlignet med dagens teknologi. 

BCI-ene med myk bakside er også tynnere og lettere enn de tradisjonelle, som bruker glassbakside. Den nye typen bakside kan redusere irritasjon av brianvevet som kommer i kontakt med utvalget av sensorer. 

De fleksible støttene er også gjennomsiktige, som forskerne sier kan utnyttes til å utføre grunnleggende nevrovitenskapelig forskning som involverer dyremodeller som ellers ville vært umulig. 

Robothender med taktil tilbakemelding

Forskerne sier at penetrerende mikronålsarrayer med stor romlig dekning vil være nødvendig for å forbedre BCI-er i fremtiden og gjøre dem i stand til å brukes i "closed-loop-systemer." Dette kan hjelpe personer med sterkt begrenset mobilitet og kan muliggjøre taktil tilbakemelding for noen som bruker en robothånd. 

Taktile sensorer på robothånden kan registrere teksturen, hardheten og vekten til et objekt. De ville registrere informasjon som kan oversettes til elektriske stimuleringsmønstre som beveger seg gjennom ledninger utenfor kroppen til BCI. Hjernen ville motta informasjon direkte fra disse elektriske signalene om objektet, og personen kunne deretter justere grepet basert på den sansede informasjonen.

Dayeh-laben har allerede oppfunnet forskjellige taktiske sensorer som kan brukes til disse applikasjonene.