Крошечные нейрогрэйн-чипы образуют интерфейс мозг-компьютер

blank

Система интерфейса мозг-компьютер (BCI) была разработана исследователями из Университета Брауна в Род-Айленде, способная в один прекрасный день помочь людям с травмами головного или спинного мозга передвигаться или общаться.

В системах BCI используются имплантируемые датчики, которые записывают электрические сигналы в мозг и используют эти сигналы для управления внешними устройствами, такими как компьютеры или роботизированные протезы. Большинство современных систем используют один или два датчика для отбора до нескольких сотен нейронов, но нейробиологов интересуют системы, которые могут собирать данные от гораздо более крупных групп клеток мозга.

Новые беспроводные нейрогранулы, каждое размером с крупицу соли, независимо записывают электрические импульсы, создаваемые возбужденными нейронами, и отправляют сигналы по беспроводной сети в центральный концентратор, который координирует и обрабатывает сигналы.

Исследователи использовали 48 нейрозернов для регистрации нервной активности у грызунов. Они сказали, что результаты могут привести к созданию системы, которая позволяет детально регистрировать сигналы мозга, что приведет к новому пониманию того, как работает мозг.

«Одна из серьезных проблем в области интерфейсов мозг-компьютер — разработка способов исследования как можно большего количества точек в мозге», — сказал профессор Арто Нурмикко, старший автор исследования. «До сих пор большинство BCI были монолитными устройствами — чем-то вроде маленьких игольных кроватей. Идея нашей команды заключалась в том, чтобы разбить этот монолит на крошечные сенсоры, которые можно было бы распределить по коре головного мозга. Это то, что мы смогли здесь продемонстрировать ».

Первая часть потребовала уменьшить сложную электронику, участвующую в обнаружении, усилении и передаче нейронных сигналов в крошечные кремниевые микросхемы нейрозерна. Команда спроектировала и смоделировала электронику перед тем, как пройти несколько производственных итераций для разработки рабочих микросхем.

Вторая задача заключалась в разработке внешнего коммуникационного концентратора, который принимает сигналы от микросхем. Устройство представляет собой тонкий пластырь размером с отпечаток большого пальца, который прикрепляется к коже черепа за пределами черепа. Он работает как миниатюрная вышка сотового телефона, используя сетевой протокол для координации сигналов от нейрогранул, каждое из которых имеет свой собственный сетевой адрес. Патч также подает беспроводное питание на нейрогранулы, которые рассчитаны на работу с минимальным потреблением электроэнергии.

«Эта работа была настоящим мультидисциплинарным вызовом, — сказал ведущий автор Джихун Ли. «Нам пришлось объединить опыт в области электромагнетизма, радиочастотной связи, проектирования схем, изготовления и нейробиологии для разработки и эксплуатации нейрозернистой системы».

Команда также проверила способность устройств стимулировать мозг, а также записывать с него данные, используя крошечные электрические импульсы для активации нейронной активности. Исследователи надеются, что стимуляция управляется тем же центром, который координирует запись и может однажды восстановить функцию мозга, утраченную из-за болезни или травмы.

Размер мозга грызунов ограничил исследователей 48 нейрозернами для этого исследования, но в конечном итоге они нацелены на системы с «многими тысячами» чипов.

Исследование было опубликовано в Nature Electronics .

 

Поделиться

Источник