Беспроводной, Имплантированный Датчик - Расширяет Диапазон Исследований Мозга
Компактный, автономный датчик способный записывать и передавать данные мозговой активности беспроводным способом, уже более чем год проходит испытания на животных. В дополнение к возможностям для более естественного исследования деятельности мозга в движущихся объектах, эти имплантируемые устройства представляют собой потенциально важный шаг на пути передачи сигналов без контроля, для передовых разработок в области лечения травм спинного мозга, паралича и протезирования и устройств, которые перемещаются при помощи силы мысли.
"Для людей, которые перенесли паралич или ампутации конечностей, восстановление может быть медленным и нести в себе разочарование, потому что они должны заново научится делать то, что многие из нас способны делать даже и не думая об этом'', сказал Грейс Пэн, доктор философии, который курирует программу реабилитации в Национальном Институте биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB).
"Брейн-компьютерный интерфейс - использующий существующие схемы мозга, который может предложить более интуитивный опыт реабилитации, и, в конечном счете, повысить и улучшить качество жизни людей, которые уже столкнулись с серьезными проблемами в здоровье ".
Последние достижения в области мозг-компьютерных интерфейсов (BCI) показали, что это возможно, чтобы человек мог управлять роботом-манипулятором через имплантированные в мозг датчики, связанные с мощными внешними компьютерами. Однако такие устройства - полагаются на проводные соединения, которые представляют риск заражения и ограничивают движения, или они хоть и были беспроводными, но имели очень ограниченные вычислительные мощности.
Опираясь на эту линию исследований, Дэвид Бортон, доктором философии, из Университета Брауна, Провиденс, Род-Айленд, США, и его коллегами – уже преодолены несколько основных барьеров в разработке беспроводных датчиков. Чтобы быть полностью имплантируемым в мозг, устройство должно быть очень небольшой размера и полностью герметизировано, чтобы защитить тонкие механизмы внутри самого устройства, и еще более тонкие ткани, окружающие его мозга. В то же время, оно должно быть достаточно мощным, чтобы преобразовать тонкие электрической активности мозга в цифровые сигналы, которые могут быть использованы с помощью компьютера, а затем - будут повышаться до уровня, который может быть обнаружен с помощью беспроводного приемника, расположенного на некотором расстоянии - за пределами тела. Как и все беспроводные машины, устройства должны быть аккумуляторные, но в случаи с имплантацией датчиков в мозг, зарядка должна производиться без проводов.
Исследователи консультировались с хирургами мозга по поводу формы и размера датчика, который они соберут из материала - титана, широко использующегося при замене суставов и в других медицинских имплантатах.
Датчики также оснащены окном из сапфирового стекла, через которое электромагнитные сигналы проходят более легко, чем через другие материалы, для эффективной беспроводной передачи и индуктивной зарядки, этот метод уже используется в электронных зубных щетках.
Внутрь самого устройства, была плотно упакована электроника - специально предназначенная для работы при низкой мощности, чтобы уменьшить количество тепла, выделяемого устройствами, и, продлить время работы от батареи.
Тестирование устройства уже проводится на животных моделях - двух свинках и двух макаках-резусах. В процессе тестирования на животных - исследователи были в состоянии принимать и записывать данные из имплантированных датчиков в режиме реального времени, через подключение к беспроводной широкополосной связи. Датчики могут передавать сигналы на расстояние более чем один метр, и продолжают выполнять это, в течение года лишь с небольшими ухудшениями качества или производительности.
Возможность удаленно записывать данные мозговой активности, о том - как животное естественно взаимодействует с окружающей средой, может помочь информировать исследователей о контроле над мышцами и движениями связанных цепей мозга. В то время как тестирование современных устройств ещё продолжается, ученые планируют усовершенствовать датчик для более рационального использования ими тепла и передаваемых данных, с дальнейшим использованием устройств в человеческой медицинской помощи.
"Клиническое применение может включать в себя стадию продуманного контроля над протезами для пациентов с неврологическими нарушениями (травма и повреждения спинного мозга, инсульт, болезнь Альцгеймера и др.), а так же стадию беспроводного доступа и управления моторизованными инвалидными колясками, или другими вспомогательными технологиями, а так же мониторинг и диагностику некоторых заболеваний, таких как эпилепсия ", сказал доктор Бортон.