whiteMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Cyborgs ไม่ใช่นิยายวิทยาศาสตร์อีกต่อไป เขตข้อมูลของเครื่องเชื่อมต่อสมอง (BMI) - ซึ่งใช้ขั้วไฟฟ้าซึ่งมักจะถูกฝังเข้าไปในสมองเพื่อแปลข้อมูลเซลล์ประสาทเป็นคำสั่งที่สามารถควบคุมระบบภายนอกเช่นคอมพิวเตอร์หรือแขนหุ่นยนต์ - มีมานานแล้ว บริษัท Neonink ของผู้ประกอบการ Elon Musk ตั้งเป้าที่จะ ทดสอบระบบ BMI ในคนไข้มนุษย์ภายในสิ้น 2020

ในระยะยาวอุปกรณ์ BMI อาจช่วยตรวจสอบและรักษาอาการผิดปกติทางระบบประสาทและควบคุมแขนขาเทียม แต่พวกเขายังสามารถจัดทำพิมพ์เขียวเพื่อออกแบบปัญญาประดิษฐ์และเปิดใช้งานการสื่อสารระหว่างสมองกับสมองโดยตรง อย่างไรก็ตามในขณะนี้ความท้าทายหลักคือการพัฒนาค่าดัชนีมวลกายที่หลีกเลี่ยงการทำลายเนื้อเยื่อสมองและเซลล์ในระหว่างการฝังและการดำเนินงาน

BMIs มีมานานกว่าทศวรรษเพื่อช่วยเหลือผู้ที่สูญเสียความสามารถ เพื่อควบคุมแขนขาของพวกเขา, ตัวอย่างเช่น. อย่างไรก็ตามการปลูกถ่ายแบบดั้งเดิมซึ่งมักทำจากซิลิคอนนั้นเป็นคำสั่งที่มีขนาดที่แข็งกว่าเนื้อเยื่อสมองซึ่งนำไปสู่ การบันทึกและความเสียหายที่ไม่เสถียร ไปยังเนื้อเยื่อสมองรอบ ๆ

พวกเขายังสามารถนำไปสู่ การตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกัน ที่สมองปฏิเสธการปลูกฝัง นี่เป็นเพราะสมองมนุษย์ของเราเป็นเหมือนป้อมปราการที่ได้รับการปกป้องและระบบภูมิคุ้มกัน - เหมือนทหารในป้อมปราการที่ปิดนี้ - จะปกป้องเซลล์ประสาท (เซลล์สมอง) จากผู้บุกรุกเช่นเชื้อโรคหรือค่าดัชนีมวลกาย

อุปกรณ์ที่ยืดหยุ่น

เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายและการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันนักวิจัยจึงให้ความสำคัญกับการพัฒนาที่เรียกว่า "BMI ที่ยืดหยุ่น" มากขึ้น สิ่งเหล่านี้อ่อนกว่าการปลูกถ่ายซิลิคอนและคล้ายกับเนื้อเยื่อสมองจริง

เวเฟอร์อิเล็คโทรดที่ยืดหยุ่นนับหมื่น ๆ แต่ละอันมีขนาดเล็กกว่าเส้นผมมาก Steve Jurvetson / Flickr, CC BY-SA

ตัวอย่างเช่น Neuralink ได้ทำการออกแบบครั้งแรก “ เธรด” ที่ยืดหยุ่นและตัวแทรก - โพรบคล้ายเกลียวเล็ก ๆ ซึ่งมีความยืดหยุ่นมากกว่าการปลูกถ่ายก่อนหน้าเพื่อเชื่อมสมองของมนุษย์เข้ากับคอมพิวเตอร์โดยตรง สิ่งเหล่านี้ถูกออกแบบมาเพื่อลดโอกาสของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันของสมองที่ปฏิเสธอิเล็กโทรดหลังจากการแทรกระหว่างการผ่าตัดสมอง

{vembed Y=kPGa_FuGPic}

ในขณะเดียวกันนักวิจัยจาก กลุ่มลีเบอร์ ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดเมื่อเร็ว ๆ นี้ได้ออกแบบหัววัดแบบตาข่ายขนาดเล็กที่ดูเหมือนเซลล์ประสาทจริงมากจนสมองไม่สามารถระบุตัวปลอมได้ เหล่านี้ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ได้รับแรงบันดาลใจจากชีวภาพ ประกอบด้วยอิเล็กโทรดแพลทินัมและสายทองคำบางเฉียบห่อหุ้มด้วยโพลีเมอร์ที่มีขนาดและความยืดหยุ่นคล้ายกับเซลล์ของเซลล์ประสาทและเส้นใยประสาท

งานวิจัยเกี่ยวกับหนูพบว่า โพรบคล้ายเซลล์ประสาท อย่ากระตุ้นภูมิคุ้มกันเมื่อแทรกเข้าไปในสมอง พวกเขาสามารถตรวจสอบการทำงานและการย้ายของเซลล์ประสาท

ย้ายเข้าสู่เซลล์

ค่าดัชนีมวลกายส่วนใหญ่ที่ใช้ในวันนี้รับสัญญาณสมองไฟฟ้าที่รั่วไหลออกไปนอกเซลล์ประสาท หากเราคิดว่าสัญญาณประสาทเหมือนกับเสียงที่สร้างขึ้นภายในห้องวิธีการบันทึกในปัจจุบันจึงเป็นวิธีการฟังเสียงภายนอกห้อง น่าเสียดายที่ความเข้มของสัญญาณจะลดลงอย่างมากจากผลการกรองของผนัง - เยื่อหุ้มเซลล์ประสาท

เพื่อให้ได้การอ่านการทำงานที่แม่นยำที่สุดเพื่อสร้างการควบคุมที่มากขึ้นของแขนขาเทียมอุปกรณ์บันทึกแบบอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องได้รับการเข้าถึงโดยตรงไปยังด้านในของเซลล์ประสาท วิธีการทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการบันทึกในเซลล์นี้คือ“ ขั้วยึดแบบแพทช์”: หลอดแก้วกลวงที่เต็มไปด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์และขั้วไฟฟ้าบันทึกที่สัมผัสกับเยื่อหุ้มเซลล์แบบแยก แต่ปลายไมโครเมตรทำให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์กลับไม่ได้ ยิ่งไปกว่านั้นมันสามารถบันทึกได้ครั้งละไม่กี่เซลล์

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้เราเพิ่งพัฒนา 3D คล้ายเส้นผมกิ๊บอาร์เรย์ทรานซิสเตอร์ และใช้เพื่ออ่านกิจกรรมไฟฟ้าภายในเซลล์จากเซลล์ประสาทหลาย ๆ ตัว ที่สำคัญเราสามารถทำเช่นนี้ได้โดยไม่มีความเสียหายจากมือถือที่ระบุได้ เส้นลวดนาโนของเรามีความบางและยืดหยุ่นสูงและโค้งงอได้ง่ายในรูปทรงกิ๊บ - ทรานซิสเตอร์นั้นมีขนาดเพียงนาโนเมตร 15x15x50 ถ้าเซลล์ประสาทมีขนาดเท่ากับห้องหนึ่งทรานซิสเตอร์เหล่านี้จะมีขนาดเท่ากับล็อคประตู

เคลือบด้วยสารที่เลียนแบบความรู้สึกของเยื่อหุ้มเซลล์โพรบ nanowire ขนาดเล็กพิเศษและยืดหยุ่นเหล่านี้สามารถข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ด้วยความพยายามเพียงเล็กน้อย และพวกเขาสามารถบันทึกการพูดคุยภายในเซลล์ด้วยความแม่นยำระดับเดียวกันกับคู่แข่งรายใหญ่ที่สุดของพวกเขานั่นคืออิเล็กโทรดตัวหนีบแบบแพทช์

เห็นได้ชัดว่าความก้าวหน้าเหล่านี้เป็นขั้นตอนสำคัญต่อ BMI ที่แม่นยำและปลอดภัยซึ่งจะจำเป็นถ้าเราประสบความสำเร็จในการทำงานที่ซับซ้อนเช่นการสื่อสารระหว่างสมองกับสมอง

มันอาจฟังดูน่ากลัว แต่ท้ายที่สุดถ้าผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ของเรายังคงเข้าใจร่างกายของเราดีขึ้นและช่วยให้เรารักษาโรคและอยู่ได้นานขึ้นเป็นสิ่งสำคัญที่เราจะต้องผลักดันขอบเขตของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ให้ดีที่สุดเท่าที่จะทำได้ เครื่องมือในการทำงานของพวกเขา สำหรับสิ่งนี้จะเป็นไปได้การตัดกันระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

เกี่ยวกับผู้เขียน

Yunlong Zhao วิทยากรด้านการจัดเก็บพลังงานและไบโออิเล็กทรอนิกส์ มหาวิทยาลัย Surrey

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.