Нейрозерна - мережеві нейрочіпи випробувані на тваринній моделі

Нейрозерна, або нейрогранули (Neurograin). Фото: Jihun Lee


Інтерфейси мозок-комп'ютер - пристрої, які коли-небудь допоможуть людям з травмами головного або спинного мозку рухатися і нормально спілкуватися. А в далекій перспективі, ймовірно, - зроблять можливими безліч уявних сьогодні неймовірними речей: об'єднання свідомостей, щось на зразок телепатії, навіть цифрове безсмертя. В основі найбільш перспективних на сьогодні моделей такого роду інтерфейсів - імпортовані датчики, реєструючі електричні сигнали мозку, які можна використовувати для управління комп'ютерами або роботизованими протезами.

Більшість створюваних систем (а деякі вже успішно випробовуються на людях) працюють з одним або двома датчиками і зчитують сигнали до декількох сотень нейронів. Однак нейробіологам потрібні і пристрої, здатні збирати дані з набагато більшого числа груп клітин мозку.

Команда дослідників, до якої увійшли фахівці Університету Брауна (Brown University), Бейлорського університету (Baylor University) і Каліфорнійського університету в Сан-Дієго (University of California at San Diego), а також компанії Qualcomm, пропонує концептуально нову систему інтерфейсу мозок-комп'ютер. Стаття про розробку опублікована в Nature Electronics.

Ідея полягає у створенні скоординованої мережі незалежних бездротових нейронних мікрочіпів, придатних як для запису сигналів, так і для стимуляції мозкової активності. Датчики отримали ім'я - Neurograins - що можна перевести як нейрозерна або нейрогранули, вони незалежно один від одного реєструють електричні імпульси нейронів і відсилають дані по бездротовій мережі в центральний вузол, який їх обробляє.

Після декількох років підготовки вдалося встановити майже півсотні нейрозерен на мозок гризуна. Це, за словами розробників, крок до системи, яка буде записувати сигнали мозку з небаченою деталізацією. А це і краще розуміння роботи мозку, і вирішення прикладних завдань.

"Одна з основних проблем у галузі інтерфейсів мозок-комп'ютер - розробка методу зондування якомога більшої кількості точок у мозку, - говорить старший автор дослідження, професор Арто Нурмікко (Arto Nurmikko). - Досі більшість нейроінтерфейсів були монолітними пристроями. Ідея нашої команди - розбити моноліт на крихітні сенсори, які можна було б розподілити по всій корі головного мозку. Саме це ми і змогли продемонструвати ".

Колектив, що розробляє нейрозерна, сформувався близько чотирьох років тому. За словами Нурмікко, з самого початку було зрозуміло, що потрібно вирішити два великі завдання. Перша - максимальне спрощення електроніки датчиків, необхідної для виявлення, посилення і передачі нейронних сигналів. Друге завдання - створення пристрою для прийому сигналів крихітних чіпів. Зараз цей пристрій являє собою тонкий пластир розміром з відбиток великого пальця, який прикріплюється до шкіри голови. Це свого роду мініатюрна вишка стільникового зв'язку, що працює з сигналами нейрозерний, кожна з яких отримує унікальну мережеву адресу. «Пластир» також забезпечує харчування вкрай економно витрачають енергію чіпів по бездротовій мережі.

«Ця робота була дійсно міждисциплінарним завданням, - говорить один з авторів дослідження, Чіхун Лі (Jihun Lee). - Ми повинні були об'єднати досвід в області електромагнетизму, радіочастотного зв'язку, схемотехніки, виготовлення чіпів і нейробіології, щоб спроектувати систему нейрозерен і керувати нею».

На даному етапі роботи було важливо показати, що система може записувати нейронні сигнали живого мозку. Команда встановила 48 нейрогранул в кору головного мозку гризуна і успішно записала характерні нейронні сигнали, пов'язані зі спонтанною мозковою активністю.

Також була перевірена здатність системи стимулювати мозок. Стимуляція проводилася слабкими електричними імпульсами. Процес управляється тим самим блоком, що координує нейронний запис. Це прототип пристрою, який, як сподіваються вчені, коли-небудь зможе відновити функції мозку, втрачені через хворобу або травму.

Поточна конфігурація системи може підтримувати до 770 нейрогранул. Передбачається масштабування до багатьох тисяч чіпів, що має забезпечити отримання недосяжної в даний час картини мозкової активності.

COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND