Нейрокомп’ютерні інтерфейси, які колись вважалися науковою фантастикою, уже стали реальністю. Нещодавно вчені представили новий інтерфейс мозок-комп’ютер, який, на їхню думку, зробить революцію в науці про головний і спинний мозок.
З усіх людських органів мозок, безсумнівно, найскладніший для вивчення і лікування. Пацієнти з черепно-мозковими травмами нерідко стикаються з необхідністю заново вчити базові навички, включаючи мову і ходьбу.
Основною перешкодою для розробки більш ефективних і цілеспрямованих методів лікування є відносна нестача знань про те, як працює людський мозок. Але тепер група учених з Бейлорського, Браунівського і Каліфорнійського університетів спільно з Qualcomm створили мікроскопічні сенсори, звані нейрозернами, які можуть реєструвати нейронну активність мозку.
Нейрозерна впроваджуються безпосередньо в головний мозок і дають детальну інформацію про травму. Це допоможе знайти найбільш ефективне лікування людям з пошкодженнями спинного і головного мозку. Після імплантації кожен датчик розміром з крихту солі записує електричні імпульси, що виникають в результаті порушення нейронів. Це дозволяє дослідникам визначити способи впливу травми на розум, а також принцип того, як стимуляція мозку лікує ушкодження.
Інтерфейс мозок-комп’ютер приймає від мозку сигнали і трансформує їх у команди. За допомогою мікросенсорів – нейрозерен – нейронна активність мозку буде зчитуватися максимально точно
При розробці мініатюрного чіпа дослідники зіткнулися з кількома проблемами. По-перше, була практична складність створення таких крихітних датчиків. Звичайна електроніка, використовувана для виявлення, передачі і посилення електричних сигналів, повинна була бути значно зменшена, перш ніж її стало можливо використовувати як робочу силу компонентів.
Другою проблемою був вузол зовнішніх комунікацій. Сигнали від нейрозерен повинні бути передані на комп’ютер поза тілом, перш ніж дослідники зможуть інтерпретувати дані.
Ідея нейрозерна полягає в тому, що замість використання одного монолітного масиву датчиків для вимірювання активності нейронів вони використовують масив крихітних датчиків з бездротовим підключенням, які можуть бути розподілені по всьому мозку.
Для досягнення цих цілей нейрогранулам необхідно мати центральний вузол зв’язку. Щоб створити його, дослідники розробили тонкий концентратор розміром приблизно з відбиток людського великого пальця, який розміщується зовні тіла на шкірі голови користувача. Потім, працюючи як мініатюрна вежа мобільного телефону, концентратор використовує бездротовий протокол для координації сигналів від нейрогранул, а також для бездротової передачі їм енергії.
Незважаючи на те, що дослідження зіткнулося з численними проблемами в області електромагнетизму, нейробіології, проектування схем і виготовлення сенсорів, в кінцевому підсумку воно виявилося успішним.
Нейрозерна (мікроскопічні комп’ютерні сенсори) на подушечці пальця. Зображення: Jihun Lee / Brown University|
У своєму експерименті дослідникам вдалося впровадити 48 нейрозерен на кортикальну поверхню мозку щура. Система успішно стимулювала мозок щура і записувала від нього характерні нейронні сигнали, при цьому індивідуально звертаючись до кожного нейрозерна по бездротовій мережі.
Результати, засновані на теоретичних розрахунках та експериментальних вимірах, показують, що в майбутньому система може масштабуватися до 770 нейрозерен.
За словами дослідників, тисячі цих чіпів можуть працювати разом, щоб створити недосяжну в даний час карту людського мозку, яка надасть лікарям і вченим інформацію для створення ефективних методів лікування травм головного і спинного мозку від помірних до важких.
Уже найближчим часом учені планують продовжити дослідження, щоб якомога швидше впровадити нову технологію в життя.
