Nevrosenzorji v velikosti zrna soli nova oblika modificiranja možganov

Nova vrsta nevronskih vmesnikov, ki lahko usklajuje aktivnost več sto drobnih možganskih senzorjev, bi lahko nekega dne poglobila razumevanje možganov in privedla do novih medicinskih terapij.

Podatki kažejo, da bi trenutna konfiguracija sistema lahko podpirala vgraditev tudi do 770 nevrozrn. Foto: Bigstock

Možgansko-računalniški vmesniki (BCI) so hitro razvijajoči se pripomoček, ki ljudem s poškodbami možganov ali hrbtenice pomagajo pri premikanju ali komunikaciji. Sistemi BCI so odvisni od vgradljivih senzorjev, ki beležijo električne signale v možganih in jih prevedejo v zunanje naprave, kot so računalniki ali robotske protetične naprave.

Večina sedanjih sistemov BCI uporablja enega ali dva senzorja za vzorčenje do nekaj sto nevronov, vendar nevroznanstvenike zanimajo sistemi, ki lahko zbirajo podatke iz veliko večjih skupin možganskih celic. Zdaj je skupina raziskovalcev Univerze Brown naredila ključni korak k novemu konceptu prihodnjega sistema BCI. Gre za sistem, ki uporablja usklajeno mrežo neodvisnih, brezžičnih mikroskopskih nevronskih senzorjev (vsak je velik kot zrnce soli), za beleženje in spodbujanje možganske aktivnosti.

Novi vpogledi v delovanje možganov

Nevrozrna neodvisno beležijo električne impulze, ki nastanejo pri sprožanju nevronov, in brezžično pošiljajo signale v osrednje vozlišče, ki koordinira in obdeluje signale. V študiji, objavljeni 12. avgusta 2021 v Nature Electronics, je raziskovalna skupina pokazala uporabo skoraj 50 takšnih avtonomnih nevrozrn za beleženje nevronske aktivnosti pri podganah. Raziskovalci pravijo, da so rezultati pomemben korak naprej k sistemu, ki bo privedel do novih vpogledov v delovanje možganov in do novih terapij za ljudi s poškodbami možganov ali hrbtenice.


Drobni možganski senzorji, imenovani nevrozrna, zaznajo električno aktivnost v možganih in brezžično prenašajo podatke. Foto: Jihun Lee, Brown University

Signale sprejema tanek obliž v velikosti palca

Doslej je bila večina BCI monolitnih naprav. Ideja je bila razbiti ta monolit v drobne senzorje, ki bi jih lahko porazdelili po možganski skorji. Izziv je bil dvojni, pravijo avtorji. Ekipa je najprej oblikovala in simulirala elektroniko v računalniku ter opravila več ponovitev izdelave za razvoj delujočih senzorjev. Drugi izziv je bil razvoj vozlišča, ki sprejema signale iz teh drobnih nevrozrn. Naprava je tanek obliž velikosti palca, ki se pritrdi na lasišče zunaj lobanje. Njegovo delovanje si lahko predstavljamo kot miniaturni stolp mobilnega telefona, ki uporablja omrežni protokol za koordinacijo signalov. Obliž sočasno brezžično napaja tudi nevrozrna, ki so zasnovana za delovanje z minimalno količino energije.

V možgane podgan uspešno vgradili 48 nevrozrn

Cilj je bilo dokazati, da lahko sistem beleži nevronske signale iz živih možganov – v tem primeru iz možganov podgan. Ekipa je na možgansko skorjo njihovih možganov pritrdila 48 nevrozrn in uspešno zabeležila značilne nevronske signale, povezane s spontano možgansko aktivnostjo. Ekipa je preizkusila tudi sposobnost naprave, da stimulira možgansko aktivnost in jo posname. »Stimulacijo izvajamo z drobnimi električnimi impulzi, ki aktivirajo nevronsko aktivnost. Stimulacijo poganja isto vozlišče, kot usklajuje nevronsko snemanje in bi nekega dne lahko obnovilo delovanje možganov, trajno okvarjeno zaradi bolezni ali poškodb,« pravijo avtorji.

Trenutne omejitve do 770 nevrozrn, cilj: nekaj tisoč

Velikost možganov živali je število nevrozrn omejila na 48, vendar podatki kažejo, da bi trenutna konfiguracija sistema lahko podpirala vgraditev tudi do 770 nevrozrn. Na koncu skupina predvideva povečanje vsaditev do več tisoč nevrozrn, kar bi zagotovilo trenutno nedosegljivo sliko možganske aktivnosti. “To je bil zelo zahteven podvig, saj sistem zahteva hkraten brezžični prenos energije in povezovanje v omrežje s hitrostjo megabitov na sekundo,” je povedal so-avtor Vincent Leung, profesor na Katedri za elektrotehniko in računalništvo Univerze Baylor. Da bi celoten sistem postal resničnost tudi za ljudi, bo potrebnega še veliko dela, vendar so avtorji prepričani, da študija predstavlja ključni korak v tej smeri.

Povezavo do izvirne objave najdete TUKAJ.

PUSTITE KOMENTAR

Prosimo vpišite svoj komentar!
Prosimo vpišite svoje ime tukaj