Ingenjörer uppfinner ett avancerat hjärn-datorgränssnitt med mikronålar

Forskare inom ingenjörsvetenskap vid University of California – San Diego har uppfunnit ett avancerat hjärndatorgränssnitt (BCI) som består av en flexibel och formbar baksida, samt penetrerande mikronålar. Den flexibla baksidan möjliggör att BCI:en kan anpassa sig mer jämnt till hjärnans komplexa, krökta yta. Det möjliggör också att mikronålar kan distribueras mer enhetligt och tränga in i cortex.

Mikronålar och Flexibel Baksida

Dessa mikronålar är 10 gånger tunnare än människohår och kommer ut från den flexibla baksidan. De tränger sedan in i ytan av hjärnvävnaden utan att punktera ytliga små vener. Mikronålarna kan spela in signaler från nervceller i cortex.

Det nya systemet testades på gnagare, och forskningen publicerades i tidskriften Advanced Functional Materials.

Teamet leddes av professor Shadi Dayeh i elektroteknik vid universitetet. Det bestod också av forskare från Boston University, ledda av professor Anna Devor i biomedicinsk teknik.

Systemet visade en prestanda som är jämförbar med den befintliga guldstandarden för BCI med penetrerande nålar. Kallad “Utah Array”, har denna standard visat sig hjälpa personer med ryggmärgsskador och strokeoffer. De kan använda sina tankar för att styra robotlemmar och andra enheter.

BCI:ns flexibilitet och anpassningsförmåga hjälper till att uppnå närmare kontakt mellan hjärnan och elektroderna, vilket möjliggör bättre och mer enhetlig inspelning av hjärnaktivitetssignalerna. Sättet som BCI är konstruerad på tillåter större ytor för avkänning, vilket hjälper den att övervaka en större yta av hjärnytan samtidigt.

I experimenten kunde den penetrerande mikronålmatrisen, som bestod av 1 024 mikronålar, framgångsrikt spela in signaler utlösta av exakta stimuli från råttors hjärnor. Detta innebär att den täcker tio gånger större yta av hjärnan jämfört med nuvarande teknologier.

BCI-enheterna med mjuka stöd är också tunnare och lättare än traditionella enheter med stöd av glas. De nya typerna av bakstycken kan minska irritationen av hjärnvävnaden som kommer i kontakt med sensorernas matris.

De flexibla bakstyckena är också transparenta, vilket forskarna säger kan utnyttjas för att genomföra grundläggande neurovetenskaplig forskning med djurmodeller som annars skulle vara omöjlig att genomföra.

Robotiska Händer Med Taktil Återkoppling

Forskarna säger att penetrerande mikronålmatriser med stor rumslig täckning kommer att krävas för att förbättra BCI i framtiden och möjliggöra att de används i “system med sluten återkopplingsslinga”. Detta kan hjälpa personer med kraftigt begränsad rörlighet och kan möjliggöra taktil återkoppling för någon som använder en robothand.

Taktila sensorer på den robotiska handen kan känna textur, hårdhet och vikt på ett föremål. De skulle spela in information som kan översättas till elektriska stimuleringsmönster som färdas genom ledningar utanför kroppen till BCI. Hjärnan skulle ta emot information direkt från dessa elektriska signaler om föremålet, och personen kunde sedan justera sitt grepp baserat på den uppfattade informationen.

Dayeh-laboratoriet har redan uppfunnit olika taktila sensorer som kan användas för dessa tillämpningar.