HighTech Благодаря проведенным за последние несколько лет многочисленным исследованиям интерфейс «мозг-компьютер» подарил парализованным пациентам возможность управлять роботизированными руками-протезами, компьютерными курсорами и даже экзоскелетами лишь с помощью силы мысли. Для работы таким технологиям необходимы электроды, которые имплантируются прямиком в мозг или на его поверхностный слой. Таким образом интерфейс считывает электрические импульсы, которые посылают нервные клетки.
Но с новыми технологиями этот принцип претерпевает значительные изменения. Благодаря стент-электроду, внешне напоминающему упругий цилиндрический каркас, пациентам больше не придется переносить опасные хирургические операции на открытом мозге, необходимые для вживления интерфейса.
Этот изобретенный австралийскими учеными датчик под названием «стентрод» размером с обычную спичку помещается в вены, осуществляющие кровоснабжение мозга. Таким образом он перехватывает идущие в мозг сигналы и улучшает их распознаваемость системой.
Ввод стентрода производится через расположенную на шее вену, минуя череп. Устройство распознает электрические импульсы и отсылает данные по проводам, идущим вдоль шеи, прямиком на находящийся в грудной мышце трансмиттер. Тот, в свою очередь, посылает беспроводные сигналы через кожу, которые затем декодируются с помощью новейшего программного обеспечения и используются для непосредственного управления экзоскелетом.
В качестве наглядного эксперимента команда исследователей из Австралии задействовала стентрод для считывания высокочастотных нейронных сигналов со свободно передвигающейся овцы на протяжении шести месяцев. Спектральный состав и диапазон частот сигналов, которые выпускает стентрод, полностью совпадают со всеми прочими электродами, вживленными в мозг овцы хирургическим путем. Это значит, что при применении данной технологии какое-либо искажение сигналов полностью отсутствует.
В состав этого устройства входит нитинол — сплав никеля и титана. Его ширина составляет всего лишь 3 нанометра, а длина — 3 сантиметра. Сетко-образное покрытие стентрода покрыто электродами в форме маленьких дисков. После введения в вену через катетер он вытаскивается, и стентрод принимает необходимую форму и не доставляет никакого дискомфорта или вреда. Каждый такой электрод отвечает за считывание электрических импульсов с 10 000 нервных клеток.
В первые несколько дней после имплантации стентрод дает прерывистые сигналы, однако затем полностью адаптируется к новой среде. Первоначальные сбои в передаче данных происходили из-за того, что бегущая по венам кровь создает фоновый шум. Но после шести дней сигналы получаемые сигналы становятся намного четче и громче. Рентгеновский снимок показал, что за этот период стендрод оказался полностью поглощенным стенками вен, что дает ему эффективную защиту от фонового шума и положительно сказывается на его биосовместимости.
Стоит отметить, что существует и несколько других способов вживить имплантат, не прибегая к хирургическому вмешательству. Например, некоторые интерфейсы «мозг-компьютер» прикрепляются к скальпу и остаются в месте небольшого надреза для считывания слабых электроэнцефалографических сигналов. Однако любой надрез ухудшает подачу сигналов в эту область, в результате чего электроды могли фиксировать сигналы лишь частотой в 60 герц.
Именно по этой причине большинство существующих интерфейсов «мозг-компьютер» задействуют для своей работы только имплантируемые датчики. Но со вживленными хирургическим путем имплантатами есть один большой недостаток: они могут вызвать хроническое воспаление и отторжение тканей, что в итоге может привести к неспособности устройства функционировать. Помимо того, что стентрод приносит пациенту огромную пользу уже только тем, что для его имлпантации не требуется хирургическое вмешательство, это не единственное его важное преимущество. Суть в том, что наиболее важные участки мозга расположены в его самых глубинных слоях — там, где скапливаются нервные клетки. «Эти отделы мозга таят в себе больше всего ценной информации, пригодной для декодирования интерфейсом. Даже при хирургическом вмешательство поместить датчик так глубоко сложно и опасно. С нашим подходом эта проблема решается, так как вены перехватывают сигналы напрямую из глубинных отделов мозга», – заявили ученые.
На данный момент команда исследователей ограничилась лишь овцами. Для дальнейшего развития технологии необходимо провести опыты над более похожими на человека животными (например, обезьянами). Однако вены обезьян слишком малы для того, чтобы в них поместился стентрод. Так что ученые обсуждают вариант применения технологии сразу на человеческом мозге.
Испытания стентрода на людях начнутся не раньше 2017 года. Для эксперимента Мельбурнский университет отберет специальную группу пациентов, страдающих параличом нижних конечностей и спастической квадриплегией. Именно им предстоит первыми испытать на себе действие стентрода.