วิธีการปลูกรากฟันเทียมใหม่ช่วยเชื่อมโยงสมองกับคอมพิวเตอร์

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

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

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

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 สำหรับสิ่งนี้จะเป็นไปได้การตัดกันระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักรเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สนทนา

เกี่ยวกับผู้เขียน

Yunlong Zhao วิทยากรด้านการจัดเก็บพลังงานและไบโออิเล็กทรอนิกส์ มหาวิทยาลัย Surrey

บทความนี้ตีพิมพ์ซ้ำจาก สนทนา ภายใต้ใบอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ อ่าน บทความต้นฉบับ.

books_performance

คุณอาจจะชอบ

ภาษาที่ใช้ได้

English แอฟริกาใต้ Arabic จีน (ดั้งเดิม) จีน (ดั้งเดิม) เดนมาร์ก Dutch ฟิลิปปินส์ Finnish French German กรีก ชาวอิสราเอล ภาษาฮินดี ฮังการี Indonesian Italian Japanese Korean Malay Norwegian เปอร์เซีย ขัด Portuguese โรมาเนีย Russian Spanish ภาษาสวาฮิลี Swedish ภาษาไทย ตุรกี ยูเครน ภาษาอูรดู Vietnamese

ติดตาม InnerSelf บน

ไอคอน Facebookไอคอนทวิตเตอร์ไอคอน YouTubeไอคอน instagramไอคอน pintrestไอคอน RSS

 รับล่าสุดทางอีเมล

นิตยสารรายสัปดาห์ แรงบันดาลใจทุกวัน

บทความล่าสุด

ทัศนคติใหม่ - ความเป็นไปได้ใหม่

InnerSelf.comClimateImpactNews.คอม | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.คอม | ตลาด InnerSelf
ลิขสิทธิ์© 1985 - 2021 InnerSelf สิ่งพิมพ์ สงวนลิขสิทธิ์.