Группа исследователей из Мичиганского университета разработала новый мозговой имплантат очень малой мощности. Учёные говорят, что их разработка до 90 % энергоэффективнее, чем аналогичные. Специалистам удалось не только снизить требования к источнику питания имплантата, они сделали его очень точным в расчётах электрических сигналов мозга, передающихся нейронами.
Открытие может привести к созданию долговременных мозговых имплантатов, которые можно будет применять при лечении неврологических заболеваний, использовать для управления искусственными роботизированными протезами конечностей и другой электроникой.
По словам специалистов из Мичиганского университета, сегодня для точной интерпретации сигналов мозга и их дальнейшего использования требуется компьютер, обычно размером больше самого человека. Такая машина потребляет очень много электричества. Снижение требований к источнику питания «на порядок» откроет дверь к разработке компактных интерфейсов «мозг-машина».
Для возможности прогнозирования сложных моторных функций на основе нейронной активности, например, взятия предмета рукой, сегодня применяются специальные чрескожные электроды. Они выступают в роли прямого канала передачи данных между мозгом и компьютером. По словам учёных, для эффективной работы может потребоваться наличие 100 таких каналов. При этом они должны обладать возможностью передачи до 20 тыс. электрических сигналов мозга в секунду. Соблюдение этих условий может вернуть человеку возможность управлять своей парализованной рукой или даже, например, почувствовать через искусственный имплантат насколько мягким или твёрдым является объект, который он держит.
Проблема заключается в том, что такой подход небезопасен, поскольку сопровождается рисками инфекции при интеграции электродов в мозг. Кроме того, он не очень практичен за пределами исследовательских лабораторий. К счастью, наука на месте не стоит и учёные уже разработали беспроводные имплантаты на основе интегральных схем, способных считывать и передавать около 16 тыс. электрических сигналов мозга в секунду. Но это ниже требуемого порога требуемой эффективности.
Преимущество разработки исследователей из Мичиганского университета состоит в том, что их технология способна сжимать сигналы, передающиеся мозгом. Учёные сосредоточили своё внимание на пиковых сигналах нейронов, пересекающих определённый порог мощности. Это позволило сократить объём данных, которые необходимо обработать компьютеру и в то же время спрогнозировать следующий запуск нейронов.
Эксперименты показали, что по сравнению с чрескожными имплантатами новая система обладает точно таким же уровнем точности, но при этом требует обработки всего 1/10 от общего объёма электрических сигналов. Другими словами, при обработке всего 2000 сигналов мозга исследователи смогли добиться такой же точности, как при обработке 20 тысяч сигналов. Учёные уверены, что это открытие однажды изменит медицину.
