Ny metod kan leda till tankstyrda elektroniska proteser

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

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 syftat till teknologi som skulle tillåta dessa patienter att styra proteser och interagera med datorer med hjälp av sina tankar.

Hjärndatorgränssnitt

För att uppnå detta har teamet fokuserat på att förbättra ett hjärndatorgränssnitt, som är en enhet som implanteras på ytan av en patients hjärna, strax under skallen. Implantaten ansluter det mänskliga nervsystemet till en elektronisk enhet, som kan hjälpa till att återställa motorisk kontroll till en person som har drabbats av en ryggmärgsskada eller neurologisk sjukdom.

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

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 ström som krävs av nuvarande system.

De föreslagna trådlösa enheterna verkar vara 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 protesenhet. Enheten kunde vara allt från en robotarm till en datormus.

Elektroingenjörerna skapade sedan kretsen som skulle leda till ett trådlöst hjärndatorgränssnitt som kunde bearbeta och överföra de identifierade neurala signalerna. Genom att isolera signalerna krävdes mindre ström, 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 placera en muspekare på en dataskärm. De spelade sedan in mätningar, och teamet kunde fastställa att genom att spela in en undergrupp av aktionspecifika hjärnsignaler, kunde en persons rörelse styras av ett trådlöst gränssnitt.

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

Teamet av forskare kommer nu att konstruera en implantat baserad på den nya metoden och designen.