Nowy podejście może doprowadzić 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 wykonać tę czynność, ale wymaga to dużej ilości energii. Z powodu tej dużej ilości energii wytwarzane jest zbyt dużo ciepła, 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, skupili się na opracowaniu technologii, 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 ruchowej 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 wytwarzane jest zbyt dużo ciepła. 

Zespół inżynierów elektrycznych i neuronaukowców, w tym Krishna Shenoy, PhD, i Boris Murmann, PhD, oraz neurochirurga i neuronaukowca Jaimie Henderson, MD, udowodnili 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 studiów podyplomowych Nir Even-Chen i postdoktoranta Dante Muratore, PhD w artykule opublikowanym w Nature Biomedical Engineering. 

Izolacja sygnałów nerwowych

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

Inżynierowie elektryczni stworzyli układ, który umożliwiłby stworzenie bezprzewodowego interfejsu mózg-komputer, który może przetwarzać i przesyłać zidentyfikowane sygnały nerwowe. Poprzez izolację sygnałów, wymagana była mniejsza ilość energii, co sprawiło, że urządzenia były bezpieczne do implantacji na powierzchni mózgu.

Zespół przetestował swoje podejście, wykorzystując zebrane dane neuronalne z trzech nienoszących małp i jednego uczestnika ludzkiego. W badaniu klinicznym, uczestnicy wykonali zadania ruchowe, takie jak umieszczenie kursora na ekranie komputera. Następnie zarejestrowali pomiary, a zespół był w stanie ustalić, że poprzez rejestrowanie podzbioru sygnałów mózgowych specyficznych dla działania, ruch jednostki mógł być kontrolowany przez bezprzewodowy interfejs. 

Głównym czynnikiem różnicującym to urządzenie od urządzenia z przewodami jest izolacja, przy czym urządzenie z przewodami rejestruje sygnały mózgowe w całości. 

Zespół naukowców będzie teraz budował implant oparty na nowym podejściu i projekcie.