Как новые имплантаты помогают связать мозг с компьютерами

технологии
whiteMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Киборги больше не являются научной фантастикой. Область интерфейсов мозг-машина (ИМТ), в которой используются электроды, часто имплантированные в мозг, для преобразования нейронной информации в команды, способные управлять внешними системами, такими как компьютер или роботизированная рука, фактически существует уже некоторое время. Компания Neuralink предпринимателя Элона Маск нацелена на проверить свои системы ИМТ на человека-пациента к концу 2020.

В долгосрочной перспективе устройства ИМТ могут помочь контролировать и лечить симптомы неврологических расстройств и контролировать протезы. Но они также могут обеспечить проект для создания искусственного интеллекта и даже обеспечить прямую связь между мозгом. Однако в настоящее время основной задачей является разработка ИМТ, которые позволяют избежать повреждения тканей и клеток головного мозга во время имплантации и операции.

ИМТ существуют уже более десяти лет, помогая людям, которые потеряли способность контролировать свои конечности, например. Тем не менее, обычные имплантаты - часто сделанные из кремния - на несколько порядков жестче реальной ткани мозга, что приводит к нестабильные записи и повреждения в окружающие ткани мозга.

Они также могут привести к иммунная реакция в котором мозг отклоняет имплантат. Это потому, что наш человеческий мозг подобен охраняемой крепости, а нейроиммунная система - как солдаты в этой закрытой крепости - будет защищать нейроны (клетки мозга) от вторжений, таких как патогены или ИМТ.

Гибкие устройства

Чтобы избежать повреждений и иммунных реакций, исследователи все больше внимания уделяют разработке так называемого «гибкого ИМТ». Они намного мягче, чем силиконовые имплантаты и похожи на ткани мозга.

Как новые имплантаты помогают связать мозг с компьютерамиПластина из десятков тысяч гибких электродов, каждый намного меньше, чем волос. Стив Джурветсон / Flickr, CC BY-SA

Например, Neuralink сделал свой первый дизайн гибкие «нити» и вставка - крошечные нитевидные зонды, которые гораздо более гибкие, чем предыдущие имплантаты, - чтобы напрямую связать человеческий мозг с компьютером. Они были разработаны, чтобы минимизировать вероятность того, что иммунный ответ мозга отклонит электроды после введения во время операции на головном мозге.


Получите последние новости от InnerSelf


Между тем, исследователи из Группа либер Недавно в Гарвардском университете был разработан мини-зонд, который настолько похож на настоящие нейроны, что мозг не может идентифицировать самозванцев. Эти био-вдохновленная электроника состоят из платиновых электродов и ультратонких золотых проводов, инкапсулированных полимером с размерами и гибкостью, подобными корпусам нейронных клеток и нервным нервным волокнам.

Исследования на грызунах показали, что такие нейроноподобные зонды не вызывать иммунный ответ при введении в мозг. Они способны контролировать как функцию, так и миграцию нейронов.

Переезд в клетки

Большинство ИМТ, используемых сегодня, улавливают электрические сигналы мозга, которые просачиваются за пределы нейронов. Если мы думаем о нейронном сигнале как о звуке, генерируемом в комнате, то, следовательно, текущий способ записи состоит в том, чтобы прослушивать звук за пределами комнаты. К сожалению, интенсивность сигнала значительно снижается за счет фильтрующего эффекта стенки - мембран нейронов.

Для достижения наиболее точных функциональных показаний с целью лучшего контроля, например, протезов, электронные записывающие устройства должны получить прямой доступ к внутренней части нейронов. Наиболее широко используемым традиционным методом для этой внутриклеточной записи является «пластырь-зажим»: полая стеклянная трубка, заполненная раствором электролита, и записывающий электрод, приводимый в контакт с мембраной изолированной ячейки. Но наконечник шириной в микрометр наносит необратимый ущерб клеткам. Более того, он может записывать только несколько ячеек одновременно.

Для решения этих проблем мы недавно разработали шпилевидная матрица 3D с нанопроволоками и использовал его для чтения внутриклеточной электрической активности от нескольких нейронов. Важно отметить, что мы смогли сделать это без каких-либо видимых повреждений клеток. Наши нанопроволоки чрезвычайно тонкие и гибкие, легко изгибаются в форме шпильки - транзисторы имеют размер всего около 15x15x50 нанометров. Если бы нейрон был размером с комнату, эти транзисторы были бы размером с дверной замок.

Эти ультрамалые, гибкие нанопроволочные зонды, покрытые веществом, имитирующим ощущение клеточной мембраны, могут с минимальными усилиями пересекать клеточные мембраны. И они могут записывать внутриклеточную болтовню с той же степенью точности, что и их основной конкурент: электроды с зажимными зажимами.

Очевидно, что эти достижения являются важными шагами на пути к точным и безопасным ИМТ, которые будут необходимы, если мы когда-нибудь решим сложные задачи, такие как обмен информацией между мозгом.

Это может звучать немного страшно, но, в конечном счете, если наши медицинские работники будут продолжать лучше понимать наши тела и помогать нам лечить болезни и жить дольше, важно, чтобы мы продолжали раздвигать границы современной науки, чтобы дать им как можно больше инструменты, чтобы делать свою работу. Чтобы это было возможно, минимально инвазивное пересечение между людьми и машинами неизбежно.Беседа

Об авторе

Юньлун Чжао, лектор по накоплению энергии и биоэлектронике, Университет Суррея

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

enafarZH-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

Следуйте за InnerSelf

facebook-значокTwitter-значокНовости-значок

Получить последнее по электронной почте

{Emailcloak = выкл}

ВНУТРЕННИЕ ГОЛОСЫ

В поисках более осмысленной и целеустремленной жизни
В поисках более осмысленной и целеустремленной жизни
by Фрэнк Паскиути, доктор философии
Привет! Они играют нашу песню
Привет! Они играют нашу песню
by Мари Т. Рассел, Внутренний

САМОЕ ЧИТАЕМОЕ

Как воспоминания формируются и извлекаются мозгом
Как воспоминания формируются и извлекаются мозгом
by Бенджамин Дж. Гриффитс и Саймон Ханслмайр
3 Причины у вас болит шея
3 Причины у вас болит шея
by Кристиан Ворсфолд
Кокосовая вода хороша для вас?
Кокосовая вода хороша для вас?
by Александра Хансен