04 юли 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

„Неврозърна“, вградени в нервната тъкан, може да са следващите интерфейси мозък-компютър

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 17 януари 2022 в 00:00 62060
Кредит: SCIENCE PHOTO LIBRARY/SCIENCE SOURCE

Университетът Браун е разработил система, която използва десетки силициеви микрочипове за записване и предаване на мозъчната активност към компютър. Наречени „неврозърна“, чиповете - всеки с размерите на зърно сол - са предназначени да бъдат разпръснати по повърхността на мозъка или в цялата му тъкан, за да събират невронни сигнали от много повече области, отколкото е възможно в момента с други мозъчни импланти.

„Всяко зърно има достатъчно микроелектроника, натъпкана в него, така че, когато е вградена в нервната тъкан, да може да слуша невронната активност от една страна, а след това също да може да я предава като мъничко радио към външния свят“, разказва водещият автор Арто Нурмико (Arto Nurmikko), невроинженер в Университета Браун, който ръководи разработката на неврозърната. Системата, известна като интерфейс мозък-компютър, е описана в статия, публикувана в Nature Electronics.

Заедно с други изследователи от Университета Браун, както и сътрудници от Университета Бейлор, Калифорнийския университет в Сан Диего и Qualcomm, Нурмико започна да работи върху неврозърната преди четири години. Досега изследователите са тествали само неврозърната при гризачи, но се надяват, че техният прототип ще положи основата за изследвания върху хора. Освен записване на мозъчната активност, неврозърната могат също да стимулират невроните с малки електрически импулси, което ги прави интригуващ път за изследване за лечение на мозъчни заболявания като епилепсия и Паркинсон или възстановяване на мозъчната функция, загубена от нараняване.

Екипът имплантира системата в плъх, извършвайки краниотомия, за да постави 48 от неврозърната върху мозъчната кора - външния слой на мозъка - подреждайки микрочиповете, за да покрият повечето от двигателните и сензорните зони.

Тънък пластир с размер на палеца, който се прикрепя към скалпа, действа като хъб за външна комуникация, като получава сигнали от неврозърната като миниатюрна кула за мобилен телефон, обработва ги и зарежда чиповете безжично.

Изследователите тестват системата, докато животното е било под анестезия и установяват, че неврозърната могат да записват спонтанна кортикална активност на плъха, докато е в безсъзнание. Качеството на сигналите обаче не е било толкова добро, колкото тези, получени от чиповете, използвани в повечето изследвания на интерфейса мозък-компютър. Тези интерфейси се разработват от 70-те години на миналия век и през последните години позволяват на малък брой парализирани пациенти да контролират таблетни устройства, да пишат на компютър с все по-бърза скорост или да преместват роботизиран крайник или екранен курсор само със силата на мисълта.

Няколко от силициевите микрочипове, известни като „неврозърна“. Кредит: Brown University

За хора с мозъчни и гръбначни наранявания тези системи биха могли в крайна сметка да възстановят комуникацията и движението, което да им позволи да живеят по-независимо. Но в момента те не са толкова практични. Повечето изискват тромави устройства и не могат да се използват извън изследователските лаборатории. Хората, оборудвани с мозъчни импланти, също са ограничени във видовете действия, които могат да извършват поради относително малкия брой неврони, от които имплантите могат да записват наведнъж. Най-често използваният мозъчен чип, Utah array, предтавлява легло от 100 силициеви игли, всяка с електрод на върха, който се забива в мозъчната тъкан. Един от тези чипове е с размери 4.4 / 4.2 мм и може да записва активност от няколкостотин околни неврони.

Но много от мозъчните функции, от които се интересуват изследователите – като памет, език и вземане на решения – включват мрежи от неврони, които са обширно разположени в мозъка.

„За да се разбере как работят наистина тези функции, трябва да се изучават на системно ниво“, коментира Шантел Прат (Chantel Prat), доцент по психология във Вашингтонския университет, който не участва в настоящия проект.

Нейната работа включва неинвазивни интерфейси мозък-компютър, които се носят на главата, а не се имплантират.

Възможността за запис от много повече неврони може да позволи много по-фин моторен контрол и да разшири това, което в момента е възможно с устройства, контролирани от мозъка. Изследователите биха могли да ги използват и при животни, за да научат как различните мозъчни региони комуникират помежду си. „Когато става въпрос за това как работят мозъците, цялото наистина е по-важно от сбора на частите“, отбелязва Шантел Прат.

Флориан Солцбахер (Florian Solzbacher), съосновател и президент на Blackrock Neurotech, компанията, която произвежда Utah array, разказва, че разпределената система за невронни импланти може да не е необходима за много краткосрочни употреби, като активиране на основни двигателни функции или използване на компютър. Въпреки това, по-футуристичните приложения, като възстановяване на паметта или когнитивните функции, почти сигурно ще изискват по-сложна настройка.

„Очевидно, Светият Граал ще бъде технология, която може да записва от възможно най-много неврони в целия мозък, от повърхността и дълбочината“, коментира той. „Имате ли нужда от това в цялата му сложност в момента? Вероятно не. Но по отношение на разбирането на мозъка и разглеждането на бъдещи приложения, колкото повече информация имаме, толкова по-добре.

По-малките сензори могат също да означават по-малко увреждане на мозъка, продължава Солцбахер. Текущите чипове, макар и вече малки, могат да причинят възпаление и нарастване на съединителната тъкан около мястото на импланта.

„Обикновено колкото по-малко правите нещо, толкова по-малка е вероятността то да бъде открито от имунната система като чужд обект“, отбелязва Солцбахер, който не е участвал в проучването на Университета Браун.

Когато организмът открие чужд обект като треска, той ще се опитва или да го разтвори и унищожи или да го капсулира със съединителна тъкан.

Но докато по-малкият може да е по-добър, той не е непременно надежден, предупреждава Солцбахер. Дори миниатюрни импланти могат да предизвикат имунен отговор, така че неврозърната също трябва да бъдат направени от биосъвместими материали. Основно препятствие пред разработката на мозъчни импланти е опитът да се сведе до минимум вредата, когато се изгражда дълготраен имплант, за да се избегне рискът от операции за заместване на импланта. Настоящите чипове издържат около шест години, но много от тях спират да работят много по-рано поради капсулирането им.

Ако неврозърната са отговорът, все още остава въпросът как да ги вкараме в мозъка. В своя експеримент с гризачи, изследователите на Браун отстраняват голяма част от черепа на плъха, което по очевидни причини не би било добре за хората. Настоящите имплантирани чипове изискват пробиване на дупка в главата на пациента, но екипът на Браун иска изцяло да избегне инвазивната мозъчна хирургия. За да направят това, те разработват техника за вмъкване на неврозърната, включващи тънки игли, които ще се набиват в черепа със специално устройство. (Neuralink преследва подобен робот, подобен на „шевна машина“ за доставяне на своя мозъчен имплант с форма на монета.)

Безопасността и дълготрайността на микрочиповете ще трябва да бъдат тествани при будни и свободно движещи се гризачи, което екипът на Университета Браун планира да направи по-нататък. След това те ще преминат към проучвания при маймуни. В крайна сметка Нурмико предвижда, че технологията за плъхове може да бъде мащабирана до 770 неврозърна, покриващи повърхностната площ на човешкия мозък.

С толкова много невронни данни, които се събират от всички тези чипове, декодирането на значението на всички тези сигнали ще бъде предизвикателство. Екипът на Университета Браун иска да може да записва от хиляди - и в крайна сметка, стотици хиляди - неврони. Всички тези мозъчни сигнали ще трябва да бъдат декодирани и преведени в команди, които да се препращат към външните устройства, които ще извършват желаните от потребителя действия. Това ще изисква много по-сложен анализ на невронна информация, отколкото днешните по-прости системи могат да осигурят.

Междувременно екипът на Нурмико иска да види дали могат да направят неврозърната още по-малки, така че поставянето на стотици от тях в мозъка да причини минимални щети. Това, казва Нурмико, е проблем на микроелектрониката.

Източниик: ‘Neurograins’ Could be the Next Brain-Computer Interfaces, WIRED


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Технологии
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.