Ny tilnærming kan føre til tankekontrollerte elektroniske proteser

Dagens neurale implantater kan registrere store mengder nevralt aktivitet, som deretter overføres via ledninger til en datamaskin. Forskere har forsøkt å utvikle trådløse hjernen-datamaskin-grensesnitt for å fullføre denne handlingen, men det krever en stor mengde strøm. På grunn av denne høye mengden strøm, genereres for mye varme, noe som gjør implantatene usikre for pasienter. 

Nå kommer en ny studie fra Stanford som søker å løse dette problemet. Forskere ved universitetet har konstant arbeidet med teknologi som kan føre til at pasienter med lammelser kan gjenopprette kontrollen over lemmer. Spesifikt har de rettet seg mot teknologi som ville tillate disse pasientene å kontrollere proteser og interagere med datamaskiner ved hjelp av tanker. 

Hjernen-datamaskin-grensesnitt

For å oppnå dette, har teamet fokusert på å forbedre et hjernen-datamaskin-grensesnitt, som er en enhet som er implantert på overflaten av en pasients hjerne, like under skallen. Implantatet kobler det menneskelige nervesystemet til en elektronisk enhet, som kunne hjelpe med å gjenopprette motorisk kontroll til en person som har lidd en skade på ryggmargen eller en nevrologisk tilstand.

Dagens enheter registrerer store mengder nevralt aktivitet og overfører den via ledninger til en datamaskin, og når forskere prøver å lage trådløse hjernen-datamaskin-grensesnitt, er det da for mye varme genereres. 

Teamet av elektroingeniører og nevroforskere, inkludert Krishna Shenoy, PhD, og Boris Murmann, PhD, og nevrokirurg og nevroforsker Jaimie Henderson, MD, har demonstrert en mulig måte å oppnå en trådløs enhet som kan samle inn og overføre nøyaktige nevralsignaler, samtidig som den bruker en tiendedel av strømmen som kreves av dagens systemer. 

De foreslåtte trådløse enhetene ville være mer naturlige enn de med ledninger, og pasientene ville ha en større bevegelsesfrihet.

Tilnærmingen ble detaljert av doktorgradsstipendiat Nir Even-Chen og postdoktorand Dante Muratore, PhD i en artikkel publisert i Nature Biomedical Engineering. 

Isolasjon av nevralsignaler

Nevroforskerne kunne identifisere bestemte nevralsignaler som var nødvendige for å kontrollere en protese-enhet. Enheten kunne være noe så enkelt som en robotarm eller en datamuspeker. 

Elektroingeniørene skapte deretter kretsen som ville føre til et trådløst hjernen-datamaskin-grensesnitt som kunne prosessere og overføre de identifiserte nevralsignalene. Ved å isolere signalene, ble mindre strøm nødvendig, noe som gjorde enhetene trygge for å implantere på overflaten av hjernen.

Teamet testet sin tilnærming ved å bruke innhentede nevrondata fra tre ikke-menneskelige primater og en menneskelig deltaker. I den kliniske studien, utførte deltakerne bevegelsesoppgaver som å plassere en muspeker på en dataskjerm. De registrerte deretter målinger, og teamet kunne fastslå at ved å registrere en undergruppe av handlingsspesifikke hjernesignaler, kunne en persons bevegelse kontrolleres av et trådløst grensesnitt. 

Hovedforskjellen mellom denne enheten og den ledede enheten er isolasjon, med den ledede enheten som samler inn hjernesignaler i bulk. 

Teamet av forskere vil nå konstruere et implantat basert på den nye tilnærmingen og designet.