วิศวกรคิดค้นส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ขั้นสูงด้วยเข็มขนาดจิ๋ว

นักวิจัยด้านวิศวกรรมจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ได้คิดค้นส่วนต่อประสานสมองกับคอมพิวเตอร์ (BCI) ขั้นสูง ซึ่งประกอบด้วยแผ่นรองที่ยืดหยุ่นและขึ้นรูปได้ พร้อมเข็มขนาดจิ๋วที่แทงเข้าไปในเนื้อเยื่อ แผ่นรองที่ยืดหยุ่นช่วยให้ BCI แนบไปกับพื้นผิวโค้งซับซ้อนของสมองได้สม่ำเสมอขึ้น และช่วยให้เข็มขนาดจิ๋วที่แทงเข้าไปในเปลือกสมองกระจายตัวได้สม่ำเสมอขึ้นด้วย

เข็มขนาดจิ๋วและแผ่นรองที่ยืดหยุ่น

เข็มขนาดจิ๋วเหล่านี้บางกว่าเส้นผมมนุษย์ 10 เท่า และยื่นออกมาจากแผ่นรองที่ยืดหยุ่น จากนั้นจึงแทงผ่านพื้นผิวเนื้อเยื่อสมองโดยไม่แทงทะลุหลอดเลือดดำขนาดเล็กที่ผิวสมอง เข็มเหล่านี้สามารถบันทึกสัญญาณจากเซลล์ประสาทในเปลือกสมองได้

ระบบใหม่นี้ได้รับการทดสอบในสัตว์ฟันแทะ และงานวิจัยได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Advanced Functional Materials

ทีมวิจัยนำโดย Shadi Dayeh ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าของมหาวิทยาลัย และยังมีนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยบอสตัน ซึ่งนำโดย Anna Devor ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์ เข้าร่วมด้วย

ระบบแสดงประสิทธิภาพเทียบเท่ามาตรฐานอ้างอิงปัจจุบันของ BCI ที่ใช้เข็มแทงเข้าไปในเนื้อเยื่อ มาตรฐานนี้เรียกว่า Utah Array และมีการแสดงให้เห็นแล้วว่าสามารถช่วยผู้ที่บาดเจ็บไขสันหลังและผู้ที่ประสบโรคหลอดเลือดสมองให้ใช้ความคิดควบคุมแขนขาหุ่นยนต์และอุปกรณ์อื่น ๆ ได้

ความยืดหยุ่นและความสามารถในการแนบตามพื้นผิวของ BCI ใหม่นี้ช่วยให้สมองกับขั้วไฟฟ้าสัมผัสกันใกล้ชิดขึ้น จึงบันทึกสัญญาณกิจกรรมสมองได้ดีและสม่ำเสมอขึ้น ลักษณะโครงสร้างของ BCI ยังทำให้สร้างพื้นที่รับสัญญาณขนาดใหญ่ขึ้นได้ จึงติดตามพื้นผิวสมองบริเวณกว้างขึ้นได้พร้อมกัน

ในการทดลอง ชุดเข็มขนาดจิ๋วที่แทงเข้าไปในเนื้อเยื่อ ซึ่งประกอบด้วยเข็ม 1,024 เล่ม สามารถบันทึกสัญญาณจากสมองหนูที่เกิดจากสิ่งเร้าที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำได้สำเร็จ นั่นหมายความว่าชุดเข็มครอบคลุมพื้นที่สมองได้เป็น 10 เท่าเมื่อเทียบกับเทคโนโลยีปัจจุบัน

BCI ที่มีแผ่นรองอ่อนนุ่มยังบางและเบากว่าแบบดั้งเดิมที่ใช้แผ่นรองแก้ว แผ่นรองชนิดใหม่นี้อาจลดการระคายเคืองของเนื้อเยื่อสมองส่วนที่สัมผัสกับชุดเซ็นเซอร์ได้

แผ่นรองที่ยืดหยุ่นยังโปร่งใสด้วย นักวิจัยกล่าวว่าคุณสมบัตินี้อาจนำไปใช้ในการวิจัยประสาทวิทยาพื้นฐานโดยใช้แบบจำลองสัตว์ ซึ่งหากไม่มีคุณสมบัตินี้ก็จะไม่สามารถทำได้

มือหุ่นยนต์ที่ให้ข้อมูลป้อนกลับด้านการสัมผัส

นักวิจัยกล่าวว่าชุดเข็มขนาดจิ๋วที่แทงเข้าไปในเนื้อเยื่อและครอบคลุมพื้นที่กว้างจะมีความจำเป็นต่อการพัฒนา BCI ในอนาคต และทำให้ใช้งานในระบบป้อนกลับแบบวงปิดได้ สิ่งนี้อาจช่วยผู้ที่มีความสามารถในการเคลื่อนไหวจำกัดอย่างรุนแรง และทำให้ผู้ใช้มือหุ่นยนต์ได้รับข้อมูลป้อนกลับด้านการสัมผัส

เซ็นเซอร์สัมผัสบนมือหุ่นยนต์อาจตรวจจับลักษณะพื้นผิว ความแข็ง และน้ำหนักของวัตถุได้ เซ็นเซอร์จะบันทึกข้อมูลที่อาจแปลงเป็นรูปแบบการกระตุ้นด้วยไฟฟ้า ซึ่งส่งผ่านสายที่อยู่นอกร่างกายไปยัง BCI สมองจะได้รับข้อมูลเกี่ยวกับวัตถุจากสัญญาณไฟฟ้าเหล่านี้โดยตรง และผู้ใช้จึงปรับการจับตามข้อมูลที่รับรู้ได้

ห้องปฏิบัติการของ Dayeh ได้คิดค้นเซ็นเซอร์สัมผัสหลายชนิดที่อาจนำมาใช้ในงานเหล่านี้แล้ว