Новый подход может привести к разработке электронных протезов, управляемых мыслью

Текущие нейронные имплантаты способны записывать огромные объемы нейронной активности, которая затем передается по проводам на компьютер. Исследователи пытались разработать беспроводные интерфейсы “мозг-компьютер”, чтобы выполнить это действие, но для этого требуется большое количество энергии. Из-за этого большого количества энергии генерируется слишком много тепла, что делает имплантаты небезопасными для пациентов.

Теперь новое исследование из Стэнфордского университета направлено на решение этой проблемы. Исследователи университета постоянно работают над технологией, которая могла бы позволить пациентам с параличом восстановить контроль над конечностями. В частности, они направлены на разработку технологии, которая позволит этим пациентам контролировать протезы и взаимодействовать с компьютерами с помощью своих мыслей.

Интерфейс “мозг-компьютер”

Чтобы достичь этого, команда сосредоточилась на улучшении интерфейса “мозг-компьютер”, который представляет собой устройство, имплантируемое на поверхность мозга пациента, прямо под черепом. Имплант соединяет человеческую нервную систему с электронным устройством, которое может помочь восстановить двигательный контроль у человека, страдающего от травмы спинного мозга или неврологического заболевания.

Текущие устройства записывают大量 нейронной активности и передают ее по проводам на компьютер, и когда исследователи пытаются создать беспроводные интерфейсы “мозг-компьютер”, то генерируется слишком много тепла.

Команда электроинженеров и нейробиологов, включая Кришну Шеноя, PhD, и Бориса Мурмана, PhD, и нейрохирурга и нейробиолога Джейми Хендерсона, MD, продемонстрировала возможный способ создания беспроводного устройства, способного собирать и передавать точные нейронные сигналы, используя только десятую часть энергии, необходимой для текущих систем.

Предлагаемые беспроводные устройства, кажется, будут более естественными, чем те, у которых есть провода, и пациенты будут иметь больший диапазон движений.

Подход был описан аспирантом Ниром Эвен-Ченом и постдокторантом Данте Мураторе, PhD в статье, опубликованной в Nature Biomedical Engineering.

Изоляция нейронных сигналов

Нейробиологи смогли определить конкретные нейронные сигналы, необходимые для управления протезом. Устройство могло быть чем угодно, от роботизированной руки до компьютерного курсора.

Электроинженеры затем создали схемотехнику, которая позволила бы создать беспроводной интерфейс “мозг-компьютер”, способный обрабатывать и передавать определенные нейронные сигналы. Изолировав сигналы, потребовалось меньше энергии, что сделало устройства безопасными для имплантации на поверхность мозга.

Команда протестировала свой подход, используя собранные нейронные данные от трех нечеловеческих приматов и одного человеческого участника. В клиническом испытании участники выполняли задания движения, такие как позиционирование курсора на компьютерном экране. Затем они записали измерения, и команда смогла определить, что, записывая подмножество действенных сигналов мозга, движение человека можно было контролировать с помощью беспроводного интерфейса.

Основным фактором, отличающим это устройство от проводного устройства, является изоляция, при которой проводное устройство собирает нейронные сигналы в больших количествах.

Команда исследователей теперь создаст имплант на основе нового подхода и конструкции.