Brain-computer interfaces (BCI's) zijn opkomende hulpmiddelen die op een dag mensen met hersen- of ruggengraatletsel kunnen helpen om te bewegen of te communiceren. BCI-systemen zijn afhankelijk van implanteerbare sensoren die elektrische signalen in de hersenen registreren en die signalen gebruiken om externe apparaten zoals computers of robotprotheses aan te sturen.
De meeste huidige BCI-systemen gebruiken een of twee sensoren om tot een paar honderd neuronen te bemonsteren, maar neurowetenschappers zijn geïnteresseerd in systemen die gegevens kunnen verzamelen van veel grotere groepen hersencellen.
Nu heeft een team van onderzoekers een belangrijke stap gezet in de richting van een nieuw concept voor een toekomstig BCI-systeem - een systeem dat gebruik maakt van een gecoördineerd netwerk van onafhankelijke, draadloze neurale sensoren op microschaal, elk ongeveer zo groot als een zoutkorrel, om de hersenen te registreren en te stimuleren. werkzaamheid. De sensoren, genaamd "neurograins", registreren onafhankelijk de elektrische pulsen die worden gemaakt door neuronen af te vuren en sturen de signalen draadloos naar een centrale hub, die de signalen coördineert en verwerkt.
De resultaten, zeggen de onderzoekers, zijn een stap in de richting van een systeem dat op een dag de registratie van hersensignalen in ongekend detail mogelijk zou kunnen maken, wat leidt tot nieuwe inzichten in hoe de hersenen werken en nieuwe therapieën voor mensen met hersen- of ruggengraatletsel.
Een van de grote uitdagingen op het gebied van hersen-computerinterfaces is het ontwerpen van manieren om zoveel mogelijk punten in de hersenen te onderzoeken. Tot nu toe waren de meeste BCI's monolithische apparaten - een beetje zoals kleine naaldbedden. Het idee van ons team was om die monoliet op te splitsen in kleine sensoren die over de hersenschors konden worden verdeeld. Dat hebben we hier kunnen aantonen.
Het team, dat bestaat uit experts van Brown, Baylor University, University of California in San Diego en Qualcomm, begon ongeveer vier jaar geleden met de ontwikkeling van het systeem. Het eerste deel vereiste het verkleinen van de complexe elektronica die betrokken is bij het detecteren, versterken en verzenden van neurale signalen naar de kleine silicium neurograin-chips. Het team ontwierp en simuleerde eerst de elektronica op een computer en onderging verschillende fabricage-iteraties om operationele chips te ontwikkelen.
De tweede uitdaging was het ontwikkelen van de lichaams-externe communicatiehub die signalen van die kleine chips ontvangt. Het apparaat is een dunne pleister, ongeveer zo groot als een duimafdruk, die aan de hoofdhuid buiten de schedel wordt bevestigd. Het werkt als een miniatuur mobiele telefoontoren, waarbij een netwerkprotocol wordt gebruikt om de signalen van de neuronen te coördineren, die elk hun eigen netwerkadres hebben. De patch levert ook draadloos stroom aan de neurograins, die zijn ontworpen om te werken met een minimale hoeveelheid elektriciteit.
Het doel van deze nieuwe studie was om aan te tonen dat het systeem neurale signalen van een levend brein kan opnemen, in dit geval het brein van een knaagdier. Het team plaatste 48 neurograins op de hersenschors van het dier, de buitenste laag van de hersenen, en registreerde met succes karakteristieke neurale signalen die verband houden met spontane hersenactiviteit.
Het team testte ook het vermogen van de apparaten om de hersenen te stimuleren en er ook van op te nemen. Stimulatie gebeurt met kleine elektrische pulsen die neurale activiteit kunnen activeren. De stimulatie wordt aangedreven door dezelfde hub die neurale opname coördineert en op een dag de hersenfunctie kan herstellen die verloren is gegaan door ziekte of letsel, hopen onderzoekers.
De grootte van de hersenen van het dier beperkte het team tot 48 neurograins voor deze studie, maar de gegevens suggereren dat de huidige configuratie van het systeem tot 770 zou kunnen ondersteunen. Uiteindelijk wil het team opschalen tot vele duizenden neurograins, wat een momenteel onbereikbaar beeld van hersenactiviteit.
Het was een uitdagende onderneming, aangezien het systeem gelijktijdige draadloze stroomoverdracht en netwerken vereist met een snelheid van megabit per seconde, en dit moet worden bereikt onder extreem krappe siliciumoppervlakte en stroombeperkingen.
Er is nog veel meer werk aan de winkel om dat compleet te maken system een realiteit, maar onderzoekers zeiden dat deze studie een belangrijke stap in die richting is.
Het team van onderzoekers hoopt dat ze uiteindelijk een systeem kunnen ontwikkelen dat nieuwe wetenschappelijke inzichten in de hersenen en nieuwe therapieën biedt die mensen kunnen helpen die getroffen zijn door verwoestende verwondingen.
ELE Times Nieuws
ELE Times biedt uitgebreide wereldwijde dekking van elektronica, Technologieen de Markt. Naast het verstrekken van diepgaande artikelen trekt ELE Times het grootste, gekwalificeerde en zeer betrokken publiek in de sector aan, dat onze actuele, relevante inhoud en populaire formats op prijs stelt. ELE Times helpt u ervaring op te bouwen, verkeer te genereren, uw bijdragen aan de juiste doelgroep over te brengen, leads te genereren en uw producten op een positieve manier op de markt te brengen.
-
ELE Times Nieuwshttps://www.eletimes.com/author/eletimesNieuwe 'Major Contender' in Everest Group PEAK Matrix voor Application Transformation Services
-
ELE Times Nieuwshttps://www.eletimes.com/author/eletimes73% van de Indiase organisaties verwacht het komende jaar een schending van de klantrecords te ervaren
-
ELE Times Nieuwshttps://www.eletimes.com/author/eletimesGlobaal Halfgeleider De omzet stijgt in juni naar 29.2% op jaarbasis
-
ELE Times Nieuwshttps://www.eletimes.com/author/eletimesMeitYStartup Hub werkt samen met India Accelerator voor het promoten van op technologie gebaseerde start-ups