Nowy podejście może prowadzić do elektronicznych protez kontrolowanych przez myśli

Obecne implanty nerwowe są w stanie rejestrować ogromne ilości aktywności nerwowej, która jest następnie przesyłana przez przewody do komputera. Naukowcy próbowali opracować bezprzewodowe interfejsy mózg-komputer, aby ukończyć tę czynność, ale wymaga to dużej ilości energii. Z powodu tej dużej ilości energii generowany jest zbyt duży ciepło, co sprawia, że implanty są niebezpieczne dla pacjentów.

Teraz, nowe badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Stanfordzkim ma na celu rozwiązanie tego problemu. Naukowcy z uczelni pracowali nieustannie nad technologią, która mogłaby umożliwić pacjentom z paraliżem odzyskanie kontroli nad kończynami. Konkretnie, pracowali oni nad technologią, która pozwoliłaby tym pacjentom kontrolować protezy i wchodzić w interakcje z komputerami za pomocą swoich myśli.

Interfejs mózg-komputer

Aby to osiągnąć, zespół skupił się na udoskonaleniu interfejsu mózg-komputer, który jest urządzeniem implantowanym na powierzchni mózgu pacjenta, tuż pod czaszką. Implant łączy ludzki układ nerwowy z urządzeniem elektronicznym, co mogłoby pomóc w przywróceniu kontroli motorycznej osobie, która doznała urazu rdzenia kręgowego lub choroby neurologicznej.

Obecne urządzenia rejestrują duże ilości aktywności nerwowej i przesyłają ją przez przewody do komputera, a gdy naukowcy próbują stworzyć bezprzewodowe interfejsy mózg-komputer, wtedy generowany jest zbyt duży ciepło.

Zespół inżynierów elektrycznych i neurobiologów, w tym Krishna Shenoy, PhD, i Boris Murmann, PhD, oraz neurochirurga i neurobiologa Jaimie Henderson, MD, wykazał możliwy sposób osiągnięcia bezprzewodnego urządzenia, które może gromadzić i przesyłać dokładne sygnały nerwowe, przy użyciu jednej dziesiątej energii wymaganej przez obecne systemy.

Proponowane bezprzewodowe urządzenia wydawałyby się bardziej naturalne niż te z przewodami, a pacjenci mieliby większy zakres ruchu.

Podejście to zostało opisane przez studenta doktoranckiego Nir Even-Chen i stypendystę podoktoranckiego Dante Muratore, PhD w artykule opublikowanym w Nature Biomedical Engineering.

Izolacja sygnałów nerwowych

Neurobiolodzy byli w stanie zidentyfikować konkretnych sygnałów nerwowych, które są wymagane do kontrolowania urządzenia protezy. Urządzenie to mogłoby być czymś w rodzaju ramienia robota lub kursora komputera.

Inżynierowie elektryczni stworzyli układ, który umożliwiłby bezprzewodowy interfejs mózg-komputer do przetwarzania i przesyłania zidentyfikowanych sygnałów nerwowych. Poprzez izolację sygnałów, wymagana była mniejsza ilość energii, co sprawiło, że urządzenia były bezpieczne do implantacji na powierzchni mózgu.

Zespół przetestował swoje podejście, używając zebranych danych neuronalnych z trzech nie-ludzkich małp i jednego uczestnika ludzkiego. W badaniu klinicznym, uczestnicy wykonywali zadania ruchowe, takie jak umieszczanie kursora na ekranie komputera. Następnie zapisywali pomiary, a zespół był w stanie ustalić, że poprzez rejestrowanie podzbioru sygnałów nerwowych, ruchy osoby mogły być kontrolowane za pomocą bezprzewodowego interfejsu.

Głównym czynnikiem różnicującym to urządzenie od urządzenia z przewodami jest izolacja, z urządzeniem z przewodami, które gromadzi sygnały nerwowe w bulk.

Zespół naukowców będzie teraz budował implant na podstawie nowego podejścia i projektu.