Современные мозговые имплантаты громоздки и обычно могут регистрировать нейронную активность только в одном или двух местах. Теперь исследователи показали на мышах, что сеть крошечных «нейрогранул» может использоваться для беспроводной регистрации и стимуляции нейронов в нескольких местах.
Исследователи экспериментируют десятилетиями. мозг-компьютерные интерфейсы (BCI) способен регистрировать и стимулировать группы нейронов. Однако в последние годы наблюдается растущий интерес к их использованию для лечения таких заболеваний, как эпилепсия, болезнь Паркинсона или различные психические расстройства.
Некоторые считают, что вскоре их можно будет имплантировать и здоровым людям, чтобы помочь им контролировать работу мозга и даже улучшать ее. В прошлом году Илон Маск заявил, что мозговые имплантаты, созданные его стартапом Neuralink однажды они будут похожи на «Fitbit в черепе». Но сначала, добавляю я, они должны стать более точными и менее навязчивыми.
Большой прогресс
Новое исследование, проведенное командой из Университет Брауна добилась больших успехов в решении последней проблемы, разработав крошечные имплантаты размером менее 0,1 кубического миллиметра. Имплантаты могут как регистрировать, так и стимулировать нейронную активность. Эти «нейрогранулы» можно комбинировать для создания сети систем, которыми можно управлять и питать по беспроводной сети.
«Одной из самых больших проблем в области интерфейсов мозг-компьютер является поиск способов исследовать как можно больше точек в мозгу», он говорит в пресс-релизе Арто Нурмикко, который руководил исследованием. «До сих пор большинство BCI были монолитными устройствами, немного похожими на маленькие коврики из иголок. Идея нашей команды состоит в том, чтобы разбить этот монолит на крошечные датчики, которые можно распределить по коре головного мозга».
Как работает новый подход
Каждый из крошечных чипов оснащен электродами для сбора электрических сигналов от ткани мозга, схемой для усиления сигнала и крошечной катушкой провода, которая отправляет и получает беспроводные сигналы. Чипы прикрепляются к поверхности мозга, а тонкая катушка реле, которая помогает улучшить беспроводную передачу энергии к нейрограммам, размещается над областью, где они размещены.
Тонкий пластырь, содержащий другую катушку, затем прикрепляется к внешней стороне кожи головы над катушкой реле. Работает как мини-башня для мобильных телефонов, используя специально разработанный сетевой протокол для индивидуального подключения к каждой из нейрогранул. Он также передает беспроводную энергию нейрогранулам, чтобы заставить их работать.
Изучение нейронной активности
В статье в Nature Electronics, команда показала, что они могут имплантировать 48 крошечных чипов в мозг мыши. Затем он использовал их для записи и стимуляции нейронной активности. Хотя обе возможности в конечном итоге будут интегрированы в одно устройство, для целей исследования некоторые нейрогранулы были созданы для записи, а другие - для стимуляции.
Исследователи говорят, что точность записи можно улучшить, но им удалось собрать спонтанные мозговые сигналы и определить, когда мозг стимулировался с помощью обычного имплантата. Они также показали, что могут направить одну нейрогранулу на стимуляцию нейронной активности, которую они смогли обнаружить с помощью обычных записывающих устройств.
Команда заявляет, что их текущая конфигурация может поддерживать до 770 нейрогранул, но они планируют масштабировать систему до тысяч нейрогранул. Это будет возможно при дальнейшей миниатюризации. Дизайн микросхемы должен пройти производственный процесс. на 65 нанометрах, которые сейчас используются на 22 нанометрах.
