Ny metod kan leda till tankstyrda elektroniska proteser

Nuvarande neurale implantat kan spela in stora mängder neural aktivitet, som sedan överförs via kablar till en dator. Forskare har försökt utveckla trådlösa gränssnitt för hjärna-dator för att slutföra denna åtgärd, men det kräver en stor mängd kraft. På grund av denna stora mängd kraft genereras för mycket värme, vilket gör implantaten osäkra för patienter. 

Nu kommer en ny studie från Stanford som syftar till att lösa detta problem. Forskare vid universitetet har konstant arbetat med teknologi som kan leda till att patienter med förlamning återfår kontrollen över sina lemmar. Specifikt har de arbetat mot teknologi som skulle tillåta dessa patienter att styra proteser och interagera med datorer med hjälp av sina tankar. 

Gränssnitt för hjärna-dator

För att uppnå detta har teamet fokuserat på att förbättra ett gränssnitt för hjärna-dator, som är en enhet som implanteras på ytan av en patients hjärna, precis under skallen. Implantaten kopplar det mänskliga nervsystemet till en elektronisk enhet, som kan hjälpa till att återställa motorisk kontroll till en person som drabbats av en skada på ryggmärgen eller en neurologisk sjukdom.

Nuvarande enheter spelar in stora mängder neural aktivitet och överför den via kablar till en dator, och när forskare försöker skapa trådlösa gränssnitt för hjärna-dator, då genereras för mycket värme. 

Teamet av elektroingenjörer och neurovetenskapsmän, inklusive Krishna Shenoy, PhD, och Boris Murmann, PhD, och neurokirurg och neurovetenskapsman Jaimie Henderson, MD, har demonstrerat en möjlig väg att uppnå en trådlös enhet som kan samla in och överföra precisa neurala signaler, allt medan den använder en tiondel av den kraft som krävs av nuvarande system. 

De föreslagna trådlösa enheterna skulle verka mer naturliga än de med kablar, och patienterna skulle ha en större rörelsefrihet.

Tillvägagångssättet beskrevs av doktoranden Nir Even-Chen och postdoktoranden Dante Muratore, PhD i en artikel publicerad i Nature Biomedical Engineering. 

Isolering av neurala signaler

Neurovetenskapsmännen kunde identifiera specifika neurala signaler som krävdes för att styra en protes. Enheten kunde vara allt från en robotarm till en datormus. 

Elektroingenjörerna skapade sedan kretsen som skulle leda till ett trådlöst gränssnitt för hjärna-dator som kunde bearbeta och överföra de identifierade neurala signalerna. Genom att isolera signalerna krävdes mindre kraft, vilket gjorde enheterna säkra att implantera på ytan av hjärnan.

Teamet testade sitt tillvägagångssätt genom att använda insamlad neuronal data från tre icke-mänskliga primater och en mänsklig deltagare. I den kliniska studien utförde deltagarna rörelseuppgifter som att positionera en mus på en dataskärm. De spelade sedan in mätningar, och teamet kunde fastställa att genom att spela in en undergrupp av specifika hjärnsignaler kunde en persons rörelse kontrolleras av ett trådlöst gränssnitt. 

Den viktigaste skillnaden mellan denna enhet och den kablagda enheten är isoleringen, med den kablagda enheten som samlar in hjärnsignaler i bulk. 

Forskarteamet kommer nu att konstruera en implantat baserad på det nya tillvägagångssättet och designen.