Naukowcy opracowują "mikroziarna". Pomogą osobom z urazami mózgu

Nie tylko Elon Musk próbuje stworzyć interfejs, który pozwoli na połączenie mózgu z komputerem. Naukowcy z kilku uniwersytetów w Stanach Zjednoczonych są coraz bliżej opracowania interfejsu BCI nowej generacji, który może pomóc osobom z urazami mózgu lub rdzenia kręgowego w poruszaniu się i komunikowaniu.

Zespół składający się z badaczy z Uniwersytetu Browna, Uniwersytetu Baylora, Uniwersytety Kalifornijskiego i Instytutu Qualcomm wykonał kluczowy krok w kierunku opracowania nowej koncepcji przyszłego systemu BCI. Takiego, który wykorzystuje skoordynowaną sieć niezależnych, bezprzewodowych mikroskalowych czujników neuronowych – każdy wielkości ziarenka soli – do rejestrowania i stymulowania działania mózgu.

Czujniki, nazywane "neuroziarnami", niezależnie rejestrują impulsy elektryczne wytwarzane przez odpalające się neurony i wysyłają sygnały bezprzewodowo do centralnego ośrodka, który koordynuje i przetwarza sygnały. W badaniu opublikowanym 12 sierpnia w Nature Electronics zespół zademonstrował wykorzystanie prawie 50 takich autonomicznych chipów do rejestrowania aktywności neuronalnej u gryzoni.

Pierwsza część badania wymagała zmniejszenia złożonej elektroniki zaangażowanej w wykrywanie, wzmacnianie i przesyłanie sygnałów neuronowych do maleńkich krzemowych chipów. Zespół najpierw zaprojektował i zasymulował elektronikę na komputerze, a następnie przeszedł przez kilka iteracji produkcyjnych w celu opracowania neuroziaren.

Kolejnym wyzwaniem było opracowanie zewnętrznego węzła komunikacyjnego, który odbiera sygnały z tych maleńkich chipów. Urządzenie przypomina cienki plaster, wielkości odcisku kciuka, który mocuje się na skórze głowy. Działa on jak miniaturowa wieża telefonii komórkowej, wykorzystująca protokół sieciowy do koordynowania sygnałów z neuroziaren, z których każdy ma swój własny adres sieciowy. Plaster dostarcza również bezprzewodowo zasilanie do mikrochipów, które są zaprojektowane do działania przy minimalnym zużyciu energii elektrycznej.

Celem tego nowego badania było wykazanie, że system może rejestrować sygnały neuronowe z żywego mózgu – w tym przypadku mózgu gryzonia. Zespół umieścił 48 neuroziaren w korze mózgowej zwierzęcia i z powodzeniem zarejestrował charakterystyczne sygnały neuronalne związane ze spontaniczną aktywnością mózgu. Rozmiar mózgu gryzonia ograniczył zespół do kilkudziesięciu chipów, ale dane sugerują, że obecna konfiguracja systemu może obsługiwać do 770 takich urządzeń. Ostatecznie badacze przewidują skalowanie do wielu tysięcy mikrochipów, co zapewniłoby nieosiągalny obecnie obraz aktywności mózgu.

Zdaniem naukowców wyniki przybliżają ich do opracowania systemu, który pewnego dnia mógłby umożliwić rejestrowanie sygnałów mózgowych z niespotykaną dotąd szczegółowością, prowadząc do nowego spojrzenia na to, jak działa mózg i wprowadzenia nowych terapii dla osób z urazami mózgu lub rdzenia kręgowego. Naukowcy mają nadzieję, że ich rozwiązanie może pewnego dnia przywrócić funkcje mózgu utracone w wyniku choroby.