Ещё один шаг к созданию интерфейса мозг-компьютер

Интерфейсы мозг-компьютер (BCI) - это новые вспомогательные устройства, которые однажды могут помочь людям с травмами головного или спинного мозга двигаться или общаться. Системы BCI зависят от имплантируемых датчиков, которые записывают электрические сигналы мозга и используют эти сигналы для управления внешними устройствами, такими как компьютеры или роботизированные протезы.

В большинстве современных систем BCI используется один или два датчика, но нейробиологов интересуют системы, которые могут собирать данные из гораздо более крупных групп клеток мозга.

Группа исследователей сделала важный шаг в направлении новой концепции будущей системы BCI. Ими была разработана скоординированная сеть независимых беспроводных нейронных датчиков микронного масштаба для записи сигналов мозга и стимуляции мозговой деятельности. Датчики, получившие название «нейрогранулы», независимо записывают электрические импульсы, создаваемые нейронами, и отправляют сигналы по беспроводной сети в центральный концентратор, который координирует и обрабатывает сигналы.

В исследовании, опубликованном 12 августа в Nature Electronics, группа исследователей продемонстрировала использование почти 50 таких автономных нейрогранул для регистрации нейронной активности у грызунов.

По словам исследователей, полученные результаты являются шагом к созданию системы, которая однажды сможет обеспечить запись сигналов мозга с беспрецедентной детализацией, что приведет к новому пониманию того, как работает мозг, и новым методам лечения людей с травмами головного или спинного мозга.

«Одна из серьезных проблем в области интерфейсов мозг-компьютер –  разработка способов исследования как можно большего числа точек мозга», - сказал Арто Нурмикко, руководитель исследования, профессор инженерной школы Брауна. «До сих пор большинство BCI были монолитными устройствами - чем-то вроде маленьких кроватей с иглами. Идея нашей команды заключалась в том, чтобы разбить этот монолит на крошечные датчики, которые можно было бы распределить по коре головного мозга. Это то, что мы смогли продемонстрировать здесь".

Целью этого нового исследования было продемонстрировать, что система может записывать нейронные сигналы от живого мозга - в данном случае мозга грызуна. Исследователи разместили 48 нейрозерен в коре головного мозга животного и успешно записала характерные нейронные сигналы, связанные со спонтанной активностью мозга.

Команда также проверила способность устройств стимулировать мозг, а также записывать с него данные. Стимуляция осуществляется крошечными электрическими импульсами, которые могут активировать нервную активность. Исследователи надеются, что стимуляция управляется тем же центром, который координирует нейронную запись и может однажды восстановить функцию мозга, утраченную из-за болезни или травмы.

Размер мозга животного ограничил учёных 48 нейрогранулами для этого исследования, но данные показывают, что текущая конфигурация системы может поддерживать до 770 нейрогранул, что обеспечит недостижимую в настоящее время картину мозговой деятельности. Еще предстоит проделать большую работу, чтобы сделать эту полную систему реальностью, но исследователи заявили, что это исследование представляет собой ключевой шаг в этом направлении.

В работе принимали участие специалисты из Брауна, Университета Бейлора, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Qualcomm.

Источник