Новий підхід може привести до електронних протезів, керованих думкою

Поточні нейронні імплантати здатні реєструвати величезну кількість нейронної активності, яку потім передається через дроти до комп’ютера. Дослідники намагалися розробити бездротові інтерфейси “мозок-комп’ютер”, щоб виконувати цю дію, 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 контролювати протези та взаємодіяти з комп’ютерами за допомогою думок. 

Інтерфейс “мозок-комп’ютер”

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

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 електроінженерів та нейробіологів, до складу якої входять Крішна Шеноя, PhD, та Борис Мурман, PhD, а також нейрохірург і нейробіолог Джеймі Гендерсон, MD, продемонстрували можливий спосіб створення бездротового пристрою, який може зібрати та передати точні нейронні сигнали, використовуючи при цьому лише одну десяту частину енергії, необхідної сучасним системам. 

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

Підхід був описаний аспірантом Ніром Евен-Ченом та постдокторантом Данте Мураторе, PhD у статті, опублікованій у Nature Biomedical Engineering. 

Виділення нейронних сигналів

Нейробіологи змогли ідентифікувати конкретні нейронні сигнали, необхідні для контролю протезного пристрою. Цей пристрій міг би бути будь-чим, від роботизованої руки до курсора комп’ютера. 

Електроінженери створили схемотехніку, яка могла б забезпечити бездротовий інтерфейс “мозок-комп’ютер”, здатний обробляти та передавати ідентифіковані нейронні сигнали. Виділяючи сигнали, зменшувалася кількість необхідної енергії, що робило пристрої безпечними для імплантації на поверхні мозку.

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

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

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