Ingineri inventează o interfață avansată creier-calculator cu microneedle

Cercetătorii în inginerie de la Universitatea California – San Diego au inventat o interfață avansată creier-calculator (BCI) alcătuită dintr-un suport flexibil și modelabil, precum și din microneedle care pătrund. Suportul flexibil permite BCI-ului să se conformeze mai uniform suprafeței curbate complexe a creierului. De asemenea, permite distribuirea uniformă a microneedlelor care pătrund cortexul.

Microneedle și suport flexibil

Aceste microneedle sunt de 10 ori mai subțiri decât părul uman și ies din suportul flexibil. Apoi, pătrund suprafața țesutului cerebral fără a străpunge venulele de suprafață. Microneedlele pot înregistra semnale de la celulele nervoase din cortex.

Noul sistem a fost testat la rozătoare, iar cercetarea a fost publicată în revista Advanced Functional Materials.

Echipa a fost condusă de profesorul de inginerie electrică Shadi Dayeh de la universitate. A inclus, de asemenea, cercetători de la Universitatea Boston, conduși de profesorul de inginerie biomedicală Anna Devor.

Sistemul a demonstrat o performanță la nivelul standardului actual pentru BCI-urile cu ace pătrunzătoare. Acest standard, numit „Utah Array”, a fost demonstrat a fi de ajutor pentru persoanele cu leziuni ale măduvei spinării și pentru victimele accidentelor vasculare cerebrale. Acestea pot folosi gândurile pentru a controla membrele robotice și alte dispozitive.

Flexibilitatea și conformabilitatea noului BCI ajută la obținerea unui contact mai strâns între creier și electrozi, permițând o înregistrare mai bună și mai uniformă a semnalelor de activitate cerebrală. Modul în care este construit BCI permite suprafețe de detectare mai mari, ceea ce ajută la monitorizarea unei suprafețe mai mari a creierului în același timp.

În experimente, matricea de microneedle pătrunzătoare, alcătuită din 1.024 de microneedle, a putut înregistra cu succes semnale declanșate de stimuli preciși din creierul șobolanilor. Acest lucru înseamnă că acoperă de zece ori mai multă suprafață a creierului în comparație cu tehnologiile actuale.

BCI-urile cu spate flexibil sunt, de asemenea, mai subțiri și mai ușoare decât cele tradiționale, care folosesc suporturi de sticlă. Noul tip de suporturi ar putea reduce iritarea țesutului cerebral care vine în contact cu matricea de senzori.

Suporturile flexibile sunt transparente, ceea ce cercetătorii spun că ar putea fi folosit pentru a efectua cercetări fundamentale de neuroștiință care implică modele animale, care altfel ar fi imposibile.

Mâini robotice cu feedback tactil

Cercetătorii spun că matricele de microneedle pătrunzătoare cu acoperire spațială mare vor fi necesare pentru a îmbunătăți BCI-urile în viitor și pentru a le permite să fie folosite în „sisteme închise”. Acest lucru ar putea ajuta persoanele cu mobilitate sever limitată și ar putea permite feedback tactil pentru cineva care folosește o mână robotică.

Senzorii tactili de pe mâna robotică ar putea simți textura, duritatea și greutatea unui obiect. Ar înregistra informații care ar putea fi traduse în modele de stimulare electrică care ar trece prin fire în afara corpului către BCI. Creierul ar primi informații direct de la aceste semnale electrice despre obiect, iar persoana ar putea ajusta strânsoarea în funcție de informațiile simțite.

Laboratorul Dayeh a inventat deja diverse senzori tactili care ar putea fi folosiți pentru aceste aplicații.