Ingeniører oppfinner et avansert hjerne–datamaskin-grensesnitt med mikronåler

Forskningsingeniører ved University of California – San Diego har oppfunnet et avansert hjerne–datamaskin-grensesnitt (BCI) bestående av et fleksibelt og formbart underlag, samt penetrerende mikronåler. Det fleksible underlaget gjør det mulig for BCI å tilpasse seg mer jevnt til hjernens komplekse kurvede overflate. Det gjør også det mulig for BCI å fordele mikronålene som trenger inn i hjernebarken, jevnere.

Mikronåler og fleksibelt underlag

Disse mikronålene er 10 ganger tynnere enn menneskehår og kommer ut av det fleksible underlaget. De penetrerer overflaten av hjernens vev uten å punktere små vener på overflaten. Mikronålene kan registrere signaler fra nerveceller i cortex.

Det nye systemet ble testet på rotter, og forskningen ble publisert i tidsskriftet Advanced Functional Materials.

Teamet ble ledet av professor i elektroteknikk Shadi Dayeh ved universitetet. Det bestod også av forskere fra Boston University ledet av professor i biomedisinsk ingeniørvitenskap Anna Devor.

Systemet viste en ytelse på linje med den eksisterende gullstandarden for BCI med penetrerende nåler. Kalt “Utah Array”, har denne standarden vist seg å hjelpe personer med ryggmargskader og slagoffer. De kan bruke tankene sine til å kontrollere robotiske lemmer og andre enheter.

BCIens fleksibilitet og konformitet hjelper til å oppnå tettere kontakt mellom hjernen og elektrodene, noe som muliggjør bedre og mer jevn registrering av hjernens aktivitetssignaler. Måten BCI er konstruert på, gjør det mulig for større sensorflater, som hjelper det til å overvåke en større del av hjernens overflate samtidig.

I eksperimentene kunne den penetrerende mikronålearrayen bestående av 1 024 mikronåler suksessfullt registrere signaler utløst av presise stimuli fra rottehjerner. Dette betyr at det dekker ti ganger større område av hjernen enn nåværende teknologi.

BCI-enhetene med mykt underlag er også tynnere og lettere enn tradisjonelle enheter med glassunderlag. Den nye typen underlag kan redusere irritasjon av hjernens vev som kommer i kontakt med sensorene.

De fleksible underlagene er også gjennomsiktige, noe forskerne sier kan utnyttes til å gjennomføre grunnleggende nevrovitenskapelig forskning med dyremodeller som ellers ville være umulig å gjennomføre.

Robotiske Hender Med Taktil Tilbakemelding

Forskerne sier at penetrerende mikronålearray med stor romlig dekning vil være nødvendig for å forbedre BCI i fremtiden og muliggjøre at de kan brukes i “systemer med lukket tilbakekoblingssløyfe”. Dette kan hjelpe personer med svært begrenset mobilitet og kan muliggjøre taktil tilbakemelding for noen som bruker en robotisk hånd.

Taktilsensorer på den robotiske hånden kan registrere teksturen, hardheten og vekten av et objekt. De vil registrere informasjon som kan oversettes til elektriske stimuleringmønster som reiser gjennom ledninger utenfor kroppen til BCI. Hjernen vil motta informasjon direkte fra disse elektriske signalene om objektet, og personen kan deretter justere grep basert på den registrerte informasjonen.

Dayeh-laboratoriet har allerede oppfunnet forskjellige taktile sensorer som kan brukes til disse applikasjonene.