Cum ajută implanturile noi să creeze legătura între creiere și computere

albMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Cyborgii nu mai sunt science fiction. Câmpul interfețelor creier-mașină (IMC) - care utilizează electrozi, adesea implantați în creier, pentru a traduce informațiile neuronale în comenzi capabile să controleze sisteme externe, cum ar fi un computer sau un braț robotizat - există de fapt de ceva timp. Compania antreprenorului Elon Musk, Neuralink, își propune testați sistemele lor de IMC pe un pacient uman până la sfârșitul anului 2020.

Pe termen lung, dispozitivele IMC pot ajuta la monitorizarea și tratarea simptomelor tulburărilor neurologice și la controlul membrelor artificiale. Dar ar putea oferi, de asemenea, un plan pentru proiectarea inteligenței artificiale și chiar pentru a permite comunicarea directă creier-la-creier. Cu toate acestea, pentru moment, principala provocare este de a dezvolta IMC-uri care să evite deteriorarea țesutului cerebral și a celulelor în timpul implantării și operației.

IMC-urile există de peste un deceniu, ajutând oamenii care și-au pierdut capacitatea pentru a le controla membrele, de exemplu. Cu toate acestea, implanturile convenționale - adesea realizate din siliciu - sunt ordine de mărime mai rigide decât țesutul cerebral real, ceea ce duce la înregistrări instabile și daune la țesutul cerebral înconjurător.

Ele pot duce, de asemenea, la o răspunsul imun în care creierul respinge implantul. Acest lucru se datorează faptului că creierul nostru uman este ca o cetate păzită, iar sistemul neuroimun - ca soldații din această cetate închisă - va proteja neuronii (celulele creierului) de intruși, cum ar fi agenții patogeni sau IMC.


 Obțineți cele mai recente prin e-mail

Revista săptămânală Inspirație zilnică

Dispozitive flexibile

Pentru a evita daunele și răspunsurile imune, cercetătorii se concentrează din ce în ce mai mult pe dezvoltarea așa-numitului „IMC flexibil”. Acestea sunt mult mai moi decât implanturile de siliciu și sunt similare cu țesutul cerebral real.

Cum ajută implanturile noi să creeze legătura între creiere și computere O napolitana de zeci de mii de electrozi flexibili, fiecare mult mai mic decat un fir de par. Steve Jurvetson / Flickr, CC BY-SA

De exemplu, Neuralink a realizat primul său design „fire” flexibile și inserator - sonde mici, de tip fir, care sunt mult mai flexibile decât implanturile anterioare - pentru a lega un creier uman direct de un computer. Acestea au fost concepute pentru a minimiza șansa ca răspunsul imun al creierului să respingă electrozii după inserție în timpul intervenției chirurgicale pe creier.

Între timp, cercetătorii din Grupul Lieber la Universitatea Harvard a proiectat recent o mini-sondă cu plasă care seamănă atât de mult cu neuronii reali, încât creierul nu poate identifica impostorii. Aceste electronice bio-inspirate constau din electrozi de platină și fire de aur ultra-subțiri încapsulate de un polimer cu dimensiuni și flexibilitate asemănătoare corpurilor celulelor neuronale și fibrelor nervoase neuronale.

Cercetările pe rozătoare au arătat că astfel sonde asemănătoare neuronilor nu provocați un răspuns imunitar atunci când este introdus în creier. Ei sunt capabili să monitorizeze atât funcția, cât și migrația neuronilor.

Mutarea în celule

Majoritatea IMC-urilor utilizate astăzi preiau semnale electrice ale creierului care sunt scurse în afara neuronilor. Dacă ne gândim la semnalul neuronal ca la un sunet generat în interiorul unei camere, modul actual de înregistrare este deci de a asculta sunetul din afara camerei. Din păcate, intensitatea semnalului este mult redusă de efectul filtrant al peretelui - membranele neuronale.

Pentru a obține cele mai exacte citiri funcționale pentru a crea un control mai mare, de exemplu, al membrelor artificiale, dispozitivele electronice de înregistrare trebuie să aibă acces direct la interiorul neuronilor. Cea mai utilizată metodă convențională pentru această înregistrare intracelulară este „electrodul cu clemă patch”: un tub de sticlă gol umplut cu o soluție de electroliți și un electrod de înregistrare adus în contact cu membrana unei celule izolate. Dar un vârf cu micrometru larg cauzează daune ireversibile celulelor. Mai mult, poate înregistra doar câteva celule odată.

Pentru a aborda aceste probleme, am dezvoltat recent un matrice de tranzistoare 3D asemănătoare cu ac de păr și l-au folosit pentru a citi activitățile electrice intracelulare de la mai mulți neuroni. Important, am reușit să facem acest lucru fără nicio deteriorare celulară identificabilă. Nanofilele noastre sunt extrem de subțiri și flexibile și se îndoaie ușor în formă de ac de păr - tranzistoarele au doar aproximativ 15x15x50 nanometri. Dacă un neuron ar avea dimensiunea unei camere, acești tranzistori ar fi cam de dimensiunea unei încuietori.

Acoperite cu o substanță care imită senzația unei membrane celulare, aceste sonde ultra mici, flexibile, nanofilice pot traversa membranele celulare cu un efort minim. Și pot înregistra conversații intracelulare cu același nivel de precizie ca cel mai mare concurent al lor: electrozii cu cleme de patch-uri.

În mod clar, aceste progrese sunt pași importanți către IMC exacte și sigure, care vor fi necesare dacă vom realiza vreodată sarcini complexe, cum ar fi comunicarea creier-la-creier.

Poate suna puțin înfricoșător, dar, în cele din urmă, dacă profesioniștii noștri din domeniul medical vor continua să ne înțeleagă corpul mai bine și să ne ajute să tratăm bolile și să trăim mai mult, este important să continuăm să depășim limitele științei moderne pentru a le oferi cele mai bune posibilități instrumente pentru a-și face treaba. Pentru ca acest lucru să fie posibil, este inevitabilă o intersecție minim invazivă între oameni și mașini.Conversaţie

Despre autor

Yunlong Zhao, lector în stocarea energiei și bioelectronică, Universitatea din Surrey

Acest articol este republicat de la Conversaţie sub licență Creative Commons. Citeste Articol original.

performanță_cărți

Ați putea dori, de asemenea

LIMBI DISPONIBILE

Engleză afrikaans Arabă Chineză (simplificată) Chineză (tradițională) daneză Olandeză Filipineză Finlandeză Franceză Germană Greacă ebraică hindi Maghiară Indoneziană Italiană Stil Japonez Coreeană malaezian norvegiană persană Poloneză portugheză Română Rusă Spaniolă Swahili Suedeză Thailandeză Turcă ucrainean urdu Vietnameză

urmează InnerSelf pe

facebook iconstare de nervozitate iconyoutube iconpictograma instagrampictogramă pintrestrss icon

 Obțineți cele mai recente prin e-mail

Revista săptămânală Inspirație zilnică

Atitudini noi - Noi posibilități

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Piața InnerSelf
Drepturi de autor © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Toate drepturile rezervate.