Новые кремниевые чипы могут улучшить взаимодействие между мозгом и устройствами

В то время как устройства интерфейса мозг-машина уже существуют и используются для протезирования, лечения заболеваний и исследования мозга, это новое устройство может записывать больше данных, будучи менее заметным, чем существующие варианты. Об этом сообщают ученые из Стэнфорда.

Устройство содержит пучок микропроводов, каждый провод которого составляет менее половины ширины самого тонкого человеческого волоса. Эти тонкие провода могут быть аккуратно вставлены в мозг и подключены снаружи непосредственно к кремниевой микросхеме, которая записывает электрические сигналы мозга, проходящие по каждому проводу. Текущие версии устройства включают в себя сотни микропроводов, но будущие версии могут содержать тысячи.

«Электрическая активность — это один из способов оценки мозговой активности с высоким разрешением.С помощью этого набора микропроводов мы можем видеть, что происходит на уровне одного нейрона», — сказал Ник Мелош, профессор материаловедения и инженерии в Стэнфорде.

Исследователи знали, что для достижения своих целей им нужно было создать интерфейс мозг-машина, который был бы не только долговременным, но и способен устанавливать тесную связь с мозгом, причиняя при этом минимальный ущерб. Они сосредоточились на подключении к устройствам на основе кремния.

«Силиконовые чипы настолько мощные и обладают невероятной способностью масштабироваться. Наш массив очень просто сочетается с этой технологией. На самом деле вы можете просто взять чип, прижать его к незащищенному концу пакета и получить сигналы».

Решение состояло в том, чтобы обернуть каждую проволоку в биологически безопасный полимер, а затем связать их вместе в металлический воротник. Это гарантирует, что провода разнесены и правильно ориентированы. Ниже воротника полимер удаляется, так что провода могут быть индивидуально направлены в мозг.

Существующие устройства интерфейса мозг-машина ограничены примерно 100 проводами, обеспечивающими 100 каналов сигнала, и каждое из них должно быть тщательно установлено вручную. Исследователи потратили годы на совершенствование своих методов проектирования и изготовления, чтобы создать массив с тысячами каналов — их усилия были частично поддержаны грантом Института нейробиологии Ву Цая.

Потратив годы на реализацию этой амбициозной идеи, только в самом конце процесса у них появилось устройство, которое можно было протестировать на живых тканях.

«Нам пришлось взять километры микропроводов и изготовить крупномасштабные массивы, а затем напрямую подключить их к кремниевым чипам. После многих лет работы над этим мы впервые протестировали его на сетчатке, и он сразу сработал», — сказал Обейд, ведущий автор статьи.

После своих первоначальных испытаний на сетчатке и на мышах, исследователи в настоящее время проводят долгосрочные исследования на животных, чтобы проверить долговечность массива и производительность крупномасштабных версий. Они также изучают, какие данные могут сообщать их устройства.

Исследователи с оптимизмом смотрят на возможность когда-нибудь использовать этот набор для улучшения медицинских технологий для людей. Например, для механического протезирования или для устройств, которые помогают восстановить речь и зрение.

Фото: Andrew Brodhead/Stanford News Service