Новый подход может привести к электронным протезам, контролируемым мыслями

Текущие нейронные имплантаты способны записывать огромные объемы нейронной активности, которая затем передается через провода 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 Стэнфорда направлено на решение этой проблемы. Исследователи в университете постоянно работают над технологией, которая может привести к тому, что пациенты с параличом восстановят контроль над своими конечностями. Конкретно, они направлены на технологию, которая позволит этим пациентам контролировать протезы и взаимодействовать с компьютерами, используя свои мысли.

Интерфейс мозг-компьютер

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

Текущие устройства записывают большие объемы нейронной активности и передают их через провода 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 достижения беспроводного устройства, способного собирать и передавать точные нейронные сигналы, все это при использовании десятой части энергии, необходимой для текущих систем.

Предлагаемые беспроводные устройства, кажется, будут более естественными, чем те, у которых есть провода, и у пациентов будет 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 может быть чем угодно, от роботизированной руки до курсора компьютера.

Электроинженеры затем создали схемотехнику, которая приведет к беспроводному интерфейсу мозг-компьютер, способному обрабатывать и передавать определенные нейронные сигналы. Изолируя сигналы, требуется меньше энергии, что делает устройства безопасными для имплантации на поверхность мозга.

Команда протестировала свой подход, используя собранные данные нейронов от трех нечеловеческих приматов и одного человеческого участника. В клиническом испытании участники выполняли задачи движения, такие как позиционирование курсора на экране компьютера. Затем они записали измерения, и команда смогла определить, что, записывая подмножество действий-специфических сигналов мозга, движение человека может быть контролируемо беспроводным интерфейсом.

Основным различием между этим устройством и проводным устройством является изоляция, при которой проводное устройство собирает сигналы мозга в больших объемах.

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