Новий підхід може привести до електронних протезів, керованих думками

Поточні нейронні імплантати здатні реєструвати величезну кількість нейронної активності, яку потім передають через дроти до комп’ютера. Дослідники намагалися розробити бездротові інтерфейси “мозок-комп’ютер” для виконання цієї дії, але це вимагає великої кількості енергії. Через цю велику кількість енергії генерується надмірна кількість тепла, що робить імплантати небезпечними для пацієнтів.

Тепер нове дослідження Стенфордського університету намагається вирішити цю проблему. Дослідники університету постійно працюють над технологією, яка могла б допомогти пацієнтам з паралічем відновити контроль над кінцівками. Зокрема, вони спрямовані на розробку технології, яка дозволила б цим пацієнтам керувати протезами та взаємодіяти з комп’ютерами за допомогою своїх думок.

Інтерфейс “мозок-комп’ютер”

Для досягнення цієї мети команда зосередилася на вдосконаленні інтерфейсу “мозок-комп’ютер”, який є пристроєм, імплантованим на поверхню мозку пацієнта, просто під черепом. Імплант з’єднує людську нервову систему з електронним пристроєм, який міг би допомогти відновити руховий контроль у людини, яка постраждала від травми спинного мозку або неврологічного захворювання.

Поточні пристрої реєструють велику кількість нейронної активності та передають її через дроти до комп’ютера, а коли дослідники намагаються створити бездротові інтерфейси “мозок-комп’ютер”, то генерується надмірна кількість тепла.

Команда інженерів-електронщиків та нейробіологів, до складу якої входять Krishna Shenoy, PhD, і Boris Murmann, PhD, а також нейрохірург і нейробіолог Jaimie Henderson, MD, продемонструвала можливий спосіб досягнення бездротового пристрою, який能够 зібрати та передати точні нейронні сигнали, використовуючи при цьому десяту частину енергії, необхідної сучасним системам.

Предложені бездротові пристрої виглядатимуть більш природними, ніж ті, які мають дроти, а пацієнти матимуть більший діапазон рухів.

Підхід був описаний аспірантом Nir Even-Chen і постдокторантом Dante Muratore, PhD у статті, опублікованій у Nature Biomedical Engineering.

Виокремлення нейронних сигналів

Нейробіологи змогли ідентифікувати конкретні нейронні сигнали, необхідні для керування протезним пристроєм. Пристрій міг бути будь-чим, від роботизованої руки до комп’ютерного курсора.

Інженери-електронщики створили схемотехніку, яка б привела до бездротового інтерфейсу “мозок-комп’ютер”, здатного обробляти та передавати визначені нейронні сигнали. Виокремлюючи сигнали, зменшувалася кількість необхідної енергії, що робило пристрої безпечними для імплантації на поверхню мозку.

Команда протестувала свій підхід, використовуючи зібрані нейронні дані від трьох нелюдських приматів та одного людського учасника. У клінічному дослідженні учасники виконували рухові завдання, такі як позиціонування курсора на екрані комп’ютера. Вони записували вимірювання, і команда змогла визначити, що реєструючи підмножину сигналів, специфічних для дії, рух особи міг бути керований бездротовим інтерфейсом.

Основною відмінністю між цим пристроєм та дротовим пристроєм є виокремлення, оскільки дротовий пристрій реєструє сигнали мозку в цілому.

Команда дослідників тепер створить імплант на основі нового підходу та дизайну.