Interfejs mózg-komputer, który działa bezprzewodowo

Kilku sparaliżowanych pacjentów może wkrótce korzystać z bezprzewodowego interfejsu mózg-komputer, który będzie w stanie przesyłać strumieniowo ich polecenia myślowe tak szybko, jak domowe połączenie internetowe.

Na ilustracji bezprzewodowy interfejs mózgu wykorzystuje nadajnik noszony na głowie.

Po ponad dziesięciu latach pracy inżynierskiej naukowcy z Brown University i firmy Blackrock Microsystems z Utah skomercjalizowali urządzenie bezprzewodowe, które można podłączyć do czaszki osoby i przesyłać za pomocą poleceń radiowych zebranych z implantu mózgowego. Blackrock twierdzi, że będzie starać się o zgodę na system od amerykańskiej Agencji ds. Żywności i Leków, aby pilot mentalny mógł zostać przetestowany na ochotnikach, być może już w tym roku.

Urządzenie zostało opracowane przez konsorcjum o nazwie BrainGate z siedzibą w Brown i było jednym z pierwszych, które umieściło implanty w mózgach sparaliżowanych osób i wykazało, że sygnały elektryczne emitowane przez neurony w korze mózgowej mogą być rejestrowane, a następnie wykorzystywane do sterowania wózka inwalidzkiego lub kieruj ramieniem robota (patrz Implanting Hope ).

Głównym ograniczeniem tych prowokacyjnych eksperymentów jest to, że pacjenci mogą używać protezy tylko z pomocą zespołu asystentów laboratoryjnych. Sygnały mózgowe są zbierane przez kabel przykręcony do portu w ich czaszce, a następnie przesyłane przewodami do nieporęcznego stojaka procesorów sygnałowych. Używanie tego w warunkach domowych jest niewyobrażalne lub niepraktyczne, gdy jesteś przywiązany do wiązek elektroniki, mówi Arto Nurmikko, profesor inżynierii Brown, który kierował projektowaniem i produkcją systemu bezprzewodowego.

Nowy interfejs eliminuje większość tego okablowania, przetwarzając dane z mózgu wewnątrz urządzenia o wielkości samochodowego korka wlewu paliwa. Jest przymocowany do czaszki i podłączony do elektrod wewnątrz mózgu. Wewnątrz urządzenia znajduje się procesor wzmacniający słabe impulsy elektryczne emitowane przez neurony, obwody do digitalizacji informacji oraz radio, które przesyła je na odległość kilku metrów do odbiornika. Tam informacja jest dostępna jako sygnał kontrolny; powiedzmy, aby przesunąć kursor po ekranie komputera.

Urządzenie przesyła dane z mózgu z szybkością 48 megabitów na sekundę, mniej więcej tak szybko, jak domowe połączenie internetowe, mówi Nurmikko. Zużywa około 30 miliwatów energii — ułamek tego, co zużywa smartfon — i jest zasilany baterią.

Naukowcy już wcześniej stworzyli prototypy bezprzewodowych interfejsów mózg-komputer, a niektóre prostsze nadajniki zostały sprzedane do badań na zwierzętach. Ale nie ma czegoś takiego jak urządzenie, które ma tyle wejść i wyrzuca megabity i megabity danych. To zasadniczo nowy rodzaj urządzenia, mówi Cindy Chestek, adiunkt inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Michigan.

Chociaż implant może przesyłać równowartość około 200 płyt DVD dziennie, to niewiele informacji w porównaniu z tym, co mózg generuje, wykonując nawet najprostszy ruch. Spośród miliardów neuronów w korze ludzkiej naukowcy nigdy nie zmierzyli bezpośrednio więcej niż 200 lub więcej jednocześnie. Ty i ja używamy naszych mózgów jako maszyn petabajtowych, mówi Nurmikko. Według tego standardu 100 megabitów na sekundę będzie wyglądać bardzo skromnie.

Blackrock rozpoczął sprzedaż bezprzewodowego procesora, który nazywa Cereplex-W i kosztuje około 15 000 dolarów, laboratoriom badającym naczelne. Testy na ludziach mogą nastąpić szybko, mówi Florian Solzbacher, profesor Uniwersytetu Utah, który jest właścicielem i prezesem Blackrock. Naukowcy z Brown planują wypróbować go na sparaliżowanych pacjentach, ale jeszcze tego nie zrobili.

Obecnie około pół tuzina sparaliżowanych osób, w tym niektóre w późnych stadiach ALS, bierze udział w próbach BrainGate z wykorzystaniem starszej technologii. W tych badaniach, które trwają w Bostonie i Kalifornii, implant, który ma kontakt z mózgiem, to niewielka sieć igłowych elektrod wyrzeźbionych z krzemu. Sprzedawany również przez Blackrock, jest powszechnie nazywany tablicą Utah. Aby ustanowić interfejs mózg-maszyna, układ ten jest wpychany do tkanki mózgowej kory ruchowej, gdzie jej końcówki rejestrują wzorce odpalania ze 100 lub więcej neuronów naraz.

Naukowcy odkryli, że te maleńkie wyładowania elektryczne można rozszyfrować na dość dokładny odczyt, jaki ruch ma zamiar zwierzę lub osoba. Odszyfrowanie tych sygnałów pozwoliło setkom małp, a także rosnącej liczbie sparaliżowanych ochotników, kontrolować mysz komputerową lub manipulować przedmiotami za pomocą robotycznego ramienia, czasami z zaskakującą zręcznością (patrz Eksperyment myślowy).

Ale technologia BrainGate nigdy nie zamieni się w prawdziwą medycynę, dopóki nie zostanie znacznie uproszczona i nie stanie się bardziej niezawodna. Bezprzewodowy moduł montowany na głowie to krok w tym kierunku. Naukowcy twierdzą, że w końcu cała elektronika będzie musiała zostać całkowicie wszczepiona w ciało, bez przewodów przechodzących przez skórę, ponieważ może to prowadzić do infekcji. W zeszłym roku naukowcy z Brown poinformowali o testowaniu prototypu w pełni wszczepionego interfejsu, z elektroniką umieszczoną wewnątrz tytanowej puszki, którą można zamknąć pod skórą głowy. To urządzenie nie jest jeszcze skomercjalizowane.

Gdyby mogli włożyć go pod skórę, wszystko, co widzisz na filmach, można by zrobić w domu, mówi Chestek, odnosząc się do filmy pacjentów używanie kontroli umysłowej do poruszania robotycznych ramion. Ten przewód przechodzący przez skórę jest najniebezpieczniejszą częścią systemu.

ukryć