Новый подход может привести к электронным протезам, управляемым мыслью

Нынешние нейронные имплантаты способны записывать огромное количество нейронной активности, которая затем передается по проводам на компьютер. Исследователи пытались разработать беспроводные интерфейсы мозг-компьютер для выполнения этого действия, но для этого требуется большое количество энергии. Из-за такой высокой мощности выделяется слишком много тепла, что делает имплантаты небезопасными для пациентов. 

Теперь новое исследование, проведенное в Стэнфорде, направлено на решение этой проблемы. Исследователи в университете постоянно работали над технологией, которая могла бы помочь парализованным пациентам восстановить контроль над своими конечностями. В частности, они стремились к технологии, которая позволила бы этим пациентам управлять протезами 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 череп. Имплантат соединяет нервную систему человека с электронным устройством, которое может помочь восстановить двигательный контроль человеку, перенесшему травму спинного мозга или неврологическое заболевание.

Современные устройства записывают большое количество нейронной активности и передают ее по проводам на компьютер, а когда исследователи пытаются создать беспроводные интерфейсы мозг-компьютер, то выделяется слишком много тепла. 

Команда инженеров-электриков и нейробиологов, в том числе Кришна Шеной, доктор философии, и Борис Мурманн, доктор философии, а также нейрохирург и нейробиолог Джейми Хендерсон, доктор медицины, продемонстрировала возможный способ создания беспроводного устройства, способного собирать и передавать точные нейронные сигналы. и все это при использовании десятой части мощности, требуемой современными системами. 

Предлагаемые беспроводные устройства кажутся более естественными, чем устройства с проводами, и у пациентов будет больший диапазон движений.

Этот подход был подробно описан аспирантом Ниром Эвен-Ченом и научным сотрудником Данте Мураторе, доктором философии в бумаги опубликованной в Природа Биомедицинская инженерия. 

Изоляция нейронных сигналов

Нейробиологи смогли идентифицировать специфические нейронные сигналы, необходимые для управления протезом. Устройство может быть любым, от роботизированной руки до компьютерного курсора. 

Затем инженеры-электрики создали схему, которая должна была привести к беспроводному интерфейсу мозг-компьютер, способному обрабатывать и передавать идентифицированные нейронные сигналы. Благодаря изоляции сигналов требовалось меньше энергии, что делало устройства безопасными для имплантации на поверхность мозга.

Команда проверила свой подход, используя собранные нейронные данные трех нечеловеческих приматов и одного участника-человека. В клиническом испытании испытуемые выполняли двигательные задачи, такие как позиционирование курсора на экране компьютера. Затем они записали измерения, и команда смогла определить, что, записывая подмножество сигналов мозга, специфичных для действия, движение человека можно контролировать с помощью беспроводного интерфейса. 

Основным фактором, отличающим это устройство от проводного устройства, является изоляция, при этом проводное устройство собирает сигналы мозга в большом количестве. 

Команда исследователей теперь сконструирует имплантат на основе нового подхода и дизайна.