Hoe nieuwe implantaten helpen bij het koppelen van hersenen aan computers

prestatie whiteMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Cyborgs zijn niet langer science fiction. Het gebied van brain-machine interfaces (BMI) - waarbij elektroden, vaak geïmplanteerd in de hersenen, worden gebruikt om neuronale informatie te vertalen in commando's die externe systemen zoals een computer of robotarm kunnen besturen - bestaan ​​al enige tijd. Het bedrijf van ondernemer Elon Musk, Neuralink, streeft ernaar test hun BMI-systemen op een menselijke patiënt tegen het einde van 2020.

Op de lange termijn kunnen BMI-apparaten de symptomen van neurologische aandoeningen helpen controleren en behandelen en kunstmatige ledematen beheersen. Maar ze kunnen ook een blauwdruk bieden om kunstmatige intelligentie te ontwerpen en zelfs directe hersen-tot-hersencommunicatie mogelijk te maken. Voorlopig is de belangrijkste uitdaging echter om BMI's te ontwikkelen die beschadiging van hersenweefsel en cellen tijdens implantatie en operatie voorkomen.

BMI's bestaan ​​al meer dan tien jaar en helpen mensen die het vermogen hebben verloren om hun ledematen te beheersen, bijvoorbeeld. Conventionele implantaten - vaak gemaakt van silicium - zijn orden van grootte stijver dan het eigenlijke hersenweefsel, wat leidt tot onstabiele opnames en schade naar omringend hersenweefsel.

Ze kunnen ook leiden tot een immuunrespons waarin de hersenen het implantaat afwijzen. Dit komt omdat ons menselijk brein is als een bewaakt fort en het neuro-immuunsysteem - zoals soldaten in dit gesloten fort - neuronen (hersencellen) zal beschermen tegen indringers, zoals pathogenen of BMI.

Flexibele apparaten

Om schade en immuunresponsen te voorkomen, richten onderzoekers zich steeds meer op de ontwikkeling van zogenaamde 'flexibele BMI'. Deze zijn veel zachter dan siliconenimplantaten en lijken op echt hersenweefsel.

Hoe nieuwe implantaten helpen bij het koppelen van hersenen aan computers Een wafeltje van tienduizenden flexibele elektroden, elk veel kleiner dan een haar. Steve Jurvetson / Flickr, CC BY-SA

Neuralink maakte bijvoorbeeld zijn eerste ontwerp flexibele "threads" en inserter - kleine, draadachtige sondes, die veel flexibeler zijn dan eerdere implantaten - om een ​​menselijk brein rechtstreeks aan een computer te koppelen. Deze zijn ontworpen om de kans te minimaliseren dat de immuunrespons van de hersenen de elektroden afstoot na het inbrengen tijdens hersenchirurgie.


 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

Ondertussen onderzoekers van Lieber-groep aan de Harvard University heeft onlangs een mini-mesh-sonde ontworpen die zo veel lijkt op echte neuronen dat de hersenen de bedriegers niet kunnen identificeren. Deze bio-geïnspireerde elektronica bestaan ​​uit platina-elektroden en ultradunne gouden draden ingekapseld door een polymeer met een grootte en flexibiliteit vergelijkbaar met neuroncellichamen en neurale zenuwvezels.

Onderzoek naar knaagdieren heeft aangetoond dat dit het geval is neuron-achtige probes wek geen immuunrespons op wanneer het in de hersenen wordt ingebracht. Ze kunnen zowel de functie als de migratie van neuronen volgen.

Verhuizen naar cellen

De meeste BMI's die tegenwoordig worden gebruikt, vangen elektrische hersensignalen op die buiten de neuronen zijn gelekt. Als we aan het neurale signaal denken als een geluid dat in een kamer wordt gegenereerd, is de huidige manier van opnemen daarom luisteren naar het geluid buiten de kamer. Helaas wordt de intensiteit van het signaal sterk verminderd door het filtereffect van de wand - de neuronmembranen.

Voor het verkrijgen van de meest nauwkeurige functionele meetwaarden om meer controle over bijvoorbeeld kunstmatige ledematen te creëren, moeten elektronische opnameapparaten directe toegang krijgen tot het inwendige van neuronen. De meest gebruikte conventionele methode voor deze intracellulaire opname is de "patchklemelektrode": een holle glazen buis gevuld met een elektrolytoplossing en een opname-elektrode in contact gebracht met het membraan van een geïsoleerde cel. Maar een micrometerbrede tip veroorzaakt onomkeerbare schade aan de cellen. Bovendien kan het slechts een paar cellen tegelijk opnemen.

Om deze problemen aan te pakken, hebben we onlangs een haarspeldachtige 3D nanodraad transistorarray en gebruikte het om intracellulaire elektrische activiteiten van meerdere neuronen te lezen. Belangrijk is dat we dit konden doen zonder identificeerbare cellulaire schade. Onze nanodraden zijn extreem dun en flexibel, en gemakkelijk gebogen in de haarspeldvorm - de transistoren zijn slechts ongeveer 15x15x50 nanometers. Als een neuron de grootte van een kamer had, zouden deze transistors ongeveer de grootte hebben van een deurslot.

Gecoat met een stof die het gevoel van een celmembraan nabootst, kunnen deze ultrakleine, flexibele nanodraadsondes de celmembranen kruisen met minimale inspanning. En ze kunnen intracellulair geklets opnemen met hetzelfde precisieniveau als hun grootste concurrent: patchklemelektroden.

Het is duidelijk dat deze vooruitgang belangrijke stappen zijn in de richting van nauwkeurige en veilige BMI's die nodig zullen zijn als we ooit complexe taken zoals hersen-tot-hersencommunicatie moeten bereiken.

Het klinkt misschien een beetje eng, maar uiteindelijk, als onze medische professionals ons lichaam beter blijven begrijpen en ons helpen ziekten te behandelen en langer te leven, is het belangrijk dat we de grenzen van de moderne wetenschap blijven verleggen om ze de best mogelijke te geven tools om hun werk te doen. Om dit mogelijk te maken, is een minimaal invasieve kruising tussen mens en machine onvermijdelijk.The Conversation

Over de auteur

Yunlong Zhao, docent energieopslag en bio-elektronica, Universiteit van Surrey

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Meer artikelen van deze auteur

Dit vind je misschien ook leuk

BESCHIKBARE TALEN

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

volg InnerSelf op

facebook icontwitter iconyoutube iconinstagram pictogrampintrest pictogramrss-pictogram

 Ontvang de nieuwste via e-mail

Wekelijks tijdschrift Dagelijkse inspiratie

Marie T. Russell's dagelijkse inspiratie

INNERSEL VOICES

De enige makkelijke dag was gisteren
De enige makkelijke dag was gisteren
by Jason Redman
Hinderlagen gebeuren niet alleen in gevechten. In zaken en in het leven is een hinderlaag een catastrofale gebeurtenis die...
Een seizoen voor alles: de manier waarop onze voorouders aten
Een seizoen voor alles: de manier waarop onze voorouders aten
by Vatsala Sperling
Culturen op elk continent over de hele wereld hebben een collectieve herinnering aan een tijd waarin hun...
Hoe nieuw bot te bouwen... Natuurlijk
Hoe nieuw bot te bouwen... Natuurlijk
by Maryon Stewart
Veel vrouwen gaan ervan uit dat wanneer hun symptomen van de menopauze stoppen, ze op veilige grond zijn. Helaas worden we geconfronteerd met…
De begrafenis plannen: anticiperen op mogelijke problemen en zegeningen
De begrafenis plannen: anticiperen op mogelijke problemen en zegeningen
by Elizabeth Fournier
Naast de emotionele en spirituele aspecten van uitvaarten zijn er altijd logistieke en…
75 worden
75 worden: een magische staat van verwondering
by Barry Vissell
Deze maand (mei 2021) zijn Joyce en ik beiden 75 geworden. Toen ik jonger was, leek 75 jaar oud.…
Horoscoopweek: 31 mei - 6 juni 2021
Horoscoop huidige week: 31 mei - 6 juni 2021
by Pam Younghans
Dit wekelijkse astrologische dagboek is gebaseerd op planetaire invloeden en biedt perspectieven en ...
De lege rolstoel – Worstelen met verdriet na het verlies van een zoon
De lege rolstoel – Worstelen met verdriet na het verlies van een zoon
by Steven Gardner
De meesten van ons hebben het griezelige gevoel ervaren dat hoort bij het omgaan met de persoonlijke bezittingen van een ...
Het gegeven transformeren: dansen door de spleet
Het gegeven transformeren: dansen door de spleet
by Joseph Chilton Pearce
Op een Engelse televisieshow nodigde Uri Geller al die mensen in televisieland uit om...

MEEST GELEZEN

Ben je een perfectionist of een imperfectionist?
Ben je een perfectionist of een imperfectionist?
by Alan Cohen
Een vriend van me verklaarde: "Ik dacht altijd dat ik een perfectionist was. Ik vond de kleinste tekortkomingen in ...
7 moderne filosofen die ons helpen een betere wereld op te bouwen na de pandemie
7 moderne filosofen die ons helpen een betere wereld op te bouwen na de pandemie
by Vittorio Bufacchi, University College Cork
Wanneer gaan de zaken weer normaal? Dat is wat iedereen lijkt te vragen, namelijk ...
Vrienden: wie zal u helpen ... en wie niet?
Vrienden: wie zal u helpen ... en wie niet?
by Nanette V. Hucknall
Als je moeite hebt om iets nieuws te leren en je hebt mensen in de buurt die niet alleen onbehulpzaam zijn ...
Waarom komedie belangrijk is in tijden van crisis
Waarom komedie belangrijk is in tijden van crisis
by Lucy Rayfield, Universiteit van Bristol
De meesten van ons hebben de afgelopen 12 maanden goed gelachen. Zoekt op Netflix naar ondergedompelde horror ...
Hoe nieuw bot te bouwen... Natuurlijk
Hoe nieuw bot te bouwen... Natuurlijk
by Maryon Stewart
Veel vrouwen gaan ervan uit dat wanneer hun symptomen van de menopauze stoppen, ze op veilige grond zijn. Helaas worden we geconfronteerd met…
Narcistische mensen zijn niet alleen vol van zichzelf en zijn waarschijnlijk eerder agressief en gewelddadig
Narcistische mensen zijn niet alleen vol van zichzelf - ze zijn waarschijnlijk eerder agressief en gewelddadig
by Brad Bushman en Sophie Kjaervik, de Ohio State University
We hebben onlangs 437 onderzoeken naar narcisme en agressie beoordeeld, waarbij in totaal meer dan 123,000 ...
Is er een geluksvergelijking? Hier is hoe we proberen te achterhalen
Is er een geluksvergelijking? Hier is hoe we proberen te achterhalen
by Robb Rutledge, UCL
De meeste mensen zouden graag gelukkiger willen zijn. Maar het is niet altijd gemakkelijk om te weten hoe je dat doel kunt bereiken. Is ...
Wat is kattenkruid eigenlijk en is het veilig voor mijn kat?
Wat is kattenkruid eigenlijk en is het veilig voor mijn kat?
by Lauren Finka, Nottingham Trent University
Er zijn veel geldige theorieën om de wereldwijde aantrekkingskracht van katten te verklaren, inclusief onze obsessie met ...

Nieuwe attitudes - nieuwe mogelijkheden

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Market
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Alle rechten voorbehouden.