Исследователи из Стэнфордского университета разработали новое устройство для подключение мозга напрямую к кремниевых технологий. А Мозго-машинный интерфейс устройства уже существуют, и используются для протезирования, лечения заболеваний и исследования мозга — это последнее устройство может записывать больше данных пока менее жесткие, чем существующие варианты.
«Никто не принял эти 2D кремниевой электроники и сопоставив их с трехмерной архитектурой мозга», — говорит Абдулмалик Обейд, аспирант в области материаловедения и инженерии в Стэнфорде. «Нам пришлось выбросить то, что мы уже знаем о обычных изготовление чип и разработать новые процессы, чтобы принести кремниевой электроники в третье измерение. И мы должны сделать это таким образом, что можно легко масштабировать».
Устройства, предмета статьи, опубликованной 20 марта в наука развивается, содержит пакет микропроводов, с каждого провода меньше половины ширины тончайших человеческих волос. Эти тонкие провода могут быть аккуратно вставлены в мозг и подключен снаружи непосредственно на кремниевый чип, который записывает электрические сигналы мозга, проходя мимо каждого провода, … как сделать фильм из нейронной электрической активности. Текущие версии устройства включают в себя сотни микропроводов, но будущие версии могут содержать тысячи.
«Электрическая активность является одним из самых высоких-разрешение взглянуть на активность мозга», — сказал Ник Мелош, профессор материаловедения и инженерии в Стэнфорде и co-старший автор бумаги. «С этого массива микропровода, мы можем видеть, что происходит на один нейрон уровне».
Исследователи протестировали свой мозг-машинный интерфейс на изолированных клеток сетчатки у крыс и в мозгах живущих мышей. В обоих случаях они успешно получены значимые сигналы через массив сотни каналов. Проводимые исследования будут в дальнейшем определить, как долго устройство может оставаться в мозгу и то, что эти сигналы могут раскрыть. Команда особенно заинтересованы в том, что сигналы могут рассказать о обучения. Исследователи также работают над приложениями в протезировании, в частности помощи речи.
Стоит подождать
Исследователи знали, что для достижения своих целей, они должны были создать мозг-машинный интерфейс, который был не только длительным, но и способны создать тесную связь с мозгом и при этом наносит минимальный ущерб. Они ориентированы на подключение к основе кремниевых устройств для того, чтобы воспользоваться достижениями в технологии.
«Кремниевые чипы настолько мощны и обладают невероятной способностью к масштабированию», — говорит Мелош. «Наш массив пар с этой технологией очень просто. Вы на самом деле можете просто возьмите чип, нажмите на открытый конец пакета и получать сигналы».
Главной задачей исследователей было выяснить, рассматриваться как структура массива. Он должен быть прочным и долговечным, хотя его основными компонентами являются сотни мизер провода. Решение было оберните каждый провод в биологически-безопасного полимера, а затем соединять их внутри металлический ошейник. Это гарантирует, что провода друг от друга и правильно ориентирован. Ниже воротник, полимер удален, так что провода могут быть индивидуально направлены в мозг.
Существующие Мозго-машинный интерфейс устройства ограничены примерно до 100 проводов, предлагающих 100 каналов сигнала, и каждый из них должен быть тщательно помещены в массив вручную. Исследователи потратили годы, улучшая их конструкцию и методы изготовления Для того чтобы создать массив с тысячами каналов … их усилиями поддерживается, в частности, в Институте Ву Цай нейронаук большой грант идей.
«Дизайн этого устройства полностью отличается от любых существующих устройств высокой плотности записи, а также формы, размера и плотности массив можно просто меняться в ходе изготовления. Это означает, что мы можем одновременно записать разные участки мозга на разных глубинах с практически любого 3D договоренностей», — сказал Цзюнь Дин, доцент кафедры нейрохирургии и неврологии, и соавтор бумаги. «Если широкое применение, эта технология позволит значительно преуспеть наше понимание функции мозга в состоянии здоровья и заболевания.»
Потратив годы реализации этой амбициозной-еще-шикарная идея, это было не до самого конца процесса, который у них был прибор, который мог быть проверен в живой ткани.
«Мы должны были взять километров микропроводов и производить масштабные массивы, то напрямую подключить их к кремниевых чипов», — сказал Обейд, которая является ведущим автором бумаги. «После нескольких лет работы на этой конструкции, мы проверили ее на сетчатке впервые, и он работал сразу. Это было очень ободряюще».
После их первоначальные тесты на сетчатку и на мышах, исследователи сейчас проводят долгосрочные исследования на животных для проверки прочности массива и выполнении крупномасштабных версий. Они также изучают, какие данные их устройстве можете сообщить. До сих пор результаты показывают, что они могут смотреть обучения и неудачи, как они происходят в головном мозге. Исследователи с оптимизмом смотрят на возможность когда-нибудь использовать массив, чтобы улучшить медицинские технологии для человека, таких как механические протезы и устройства, которые помогают восстановить речь и зрение.
Дополнительные Стэнфорд соавторы включают Мина-Elraheb Ханне (со-вести), бывший аспирант в лаборатории Мелош; ю-Вэй Ву (со-вести), бывший postdoctoral собрат в лаборатории Дин, который сейчас находится в Институте молекулярной биологии Академии Синика; Нора Brackbill, аспирант в лаборатории Chichilnisky; и E. J. Chichilnisky, Джон Р. Адлер профессор нейрохирургии, профессор офтальмологии. Другие соавторы из Института Фрэнсиса Крика (со-вести), университетский колледж Лондона (со-вести), Paradromics Инк. (со-вести), и ETH в Цюрихе.
Chichilnisky является членом Стэнфордского био-х и Ву Цай нейронаук Института. Динь является членом Стэнфордского био-х, матери и ребенка научно-исследовательского института здоровья (MCHRI), и Ву Цай нейронаук Института. Мелош является членом Стэнфордского био-х и Ву Цай нейронаук Института; филиал Института Precourt для энергии; стипендиат-исследователь из Стэнфордского хим-Х.
Это исследование было поддержано Национальными институтами здоровья, ДАРПА, Института Ву Цай нейронаук Института Фрэнсиса Крика, «Уэллком Траст» человека Фронтира научной программы, и медицинского исследовательского совета.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!