Многопрофильная команда Университета Нового Южного Уэльса (UNSW) нашла способ преобразовывать нервные импульсы в свет, открывая путь для более масштабируемых нейронных имплантатов.
Инженеры-биомедики и инженеры-электрики разработали новый способ измерения нейронной активности с использованием света, а не электричества, что потенциально может привести к полному переосмыслению медицинских технологий, таких как протезирование и интерфейсы мозг-машина.
Профессор Франсуа Ладосер из Школы электротехники и телекоммуникаций UNSW говорит, что междисциплинарная группа только что продемонстрировала в лаборатории то, что она доказала теоретически незадолго до пандемии. Датчики, созданные с использованием технологий жидкого кристалла и интегрированной оптики, получившие название "оптроды" могут регистрировать нервные импульсы в теле живого животного.
Эти оптроды не только работают так же хорошо, как обычные электроды, использующие электричество для обнаружения нервного импульса, но они также решают очень сложные проблемы, которые не могут решить конкурирующие технологии.
Во-первых, очень сложно уменьшить размер интерфейса с помощью обычных электродов, чтобы тысячи из них могли подключаться к тысячам нервов на очень небольшой площади.
Еще одна проблема заключается в близости самих электродов друг к другу. Электроды просто-напросто создают перекрестные помехи.
Новые возможности в протезировании
На данный момент команде удалось показать, что нервные импульсы, которые относительно слабы и измеряются в микровольтах, могут быть зарегистрированы с помощью оптронной технологии. Следующим шагом будет увеличение количества оптродов, чтобы иметь возможность обрабатывать сложные сети нервной и возбудимой ткани.
Профессор Ладосер говорит, что в начале проекта его коллеги задались вопросом, сколько нейронных связей нужно мужчине или женщине, чтобы управлять рукой с определенной степенью ловкости?
Они пришли к выводу, что это от 5000 до 10000 нервных соединений. Другими словами, между вашим мозгом и вашей рукой есть пучок нервов, который спускается от коры головного мозга и в конечном итоге делится на те 5000-10000 нервов, которые контролируют тонкие операции вашей руки.
Если бы чип с тысячами оптических соединений мог подключаться к вашему мозгу или какому-либо месту в руке до того, как отделится нервный пучок, протез руки потенциально мог бы функционировать практически с теми же возможностями, что и биологический.
Интерфейс мозг-машина
Нейронное протезирование - не единственная область, которую технология оптродов может изменить. Люди давно мечтали интегрировать технологии и механизмы в человеческое тело, чтобы либо восстановить, либо улучшить его.
Кое-что из этого уже стало реальностью, например, кохлеарные импланты, кардиостимуляторы и сердечные дефибрилляторы, не говоря уже об умных часах и других устройствах слежения, дающих непрерывную биологическую обратную связь.
Но одной из наиболее амбициозных целей биомедицинской инженерии и нейробиологии является интерфейс "мозг-машина", целью которого является соединение мозга не только с остальным телом, но и потенциально с миром.
Хотя сейчас это скорее вымысел, чем факт, многие биотехнологические компании относятся к этому очень серьезно. Предприниматель Илон Маск был одним из соучредителей Neuralink, целью которой является создание интерфейсов мозг-компьютер, способных помочь людям с параличом, а также внедрение искусственного интеллекта в деятельность нашего мозга.
Подход Neuralink использует обычные проволочные электроды в своих устройствах, поэтому он должен преодолеть несоответствие импеданса и перекрестные помехи среди многих других проблем.
Однако, учитывая, что имплантируемые устройства, фиксирующие нейронную активность, в настоящее время ограничены примерно 100 электродами, предстоит пройти еще долгий путь.
Но технология оптродов может существенно ускорить эти разработки, потому как преодолевает ограничения электродов.
Остается ждать и наблюдать, что же из этого всего получится.