Nové průlomové rozhraní mozek-stroj (MMI) využívá světlo ke komunikaci přímo s mozkem a obchází tradiční smyslové cesty. Nedávné experimenty na myších prokázaly minimálně invazivní bezdrátové zařízení schopné dodávat umělé impulsy geneticky modifikovaným neuronům a účinně „mluvit“ s mozkem prostřednictvím světelných vzorů. Tato technologie by mohla způsobit revoluci v neurovědeckém výzkumu a otevřít slibné vyhlídky pro budoucí vývoj protetiky.
Jak zařízení funguje
Zařízení, menší než lidský prst, sleduje křivky lebky a obsahuje 64 drobných LED diod, elektronické obvody a přijímací anténu. Funguje pomocí komunikace v blízkém poli (NFC) – stejné technologie, která se používá při bezkontaktních platbách – k bezdrátovému ovládání LED diod. Na rozdíl od tradičních MMI, které vyžadují přímé mozkové implantáty nebo objemné externí zařízení, je toto zařízení umístěno pod pokožkou hlavy a promítá světlo přímo na mozkovou tkáň.
Klíčem k úspěchu je genetická modifikace. Mozkové buňky nereagují na světlo přirozeně, takže vědci použili genovou úpravu k zavedení iontových kanálů citlivých na světlo do neuronů. Když jsou aktivovány LED diodami, tyto kanály spouštějí nervové signály a poskytují přesnou kontrolu nad mozkovou aktivitou. Tato technika, známá jako optogenetika, umožňuje výzkumníkům zcela obejít smyslový systém.
Experimenty s myší demonstrují funkčnost
V experimentech byly myši trénovány tak, aby spojovaly určité světelné vzory s odměnami. Bezdrátovým ovládáním LED mohli vědci přimět zařízení, aby produkovalo různé série světelných pulzů, které se myši naučily rozpoznávat a reagovat na ně. Například určité vzory je nasměrovaly do cukrové vody skryté v bludišti.
“Je to, jako bychom mohli promítnout sérii obrazů – téměř jako při přehrávání filmu – přímo do mozku, řídit posloupnost vzorců,” řekl John Rogers, hlavní autor studie z Northwestern University.
Zařízení není omezeno na stimulaci oblastí odpovědných za zrakové vnímání; může aktivovat neurony v celé mozkové kůře, což umožňuje vytvářet složité vzorce nervové aktivity.
Důsledky pro budoucí výzkum a protetiku
Tým vidí v protetice významný potenciál. Tato technologie by mohla přidat realistické vjemy – jako je dotyk nebo tlak – na protetické končetiny, nebo dokonce obnovit sluchové nebo zrakové podněty pacientům se smyslovým postižením.
Bin He, neuroinženýrský výzkumník na Carnegie Mellon University, který se na studii nepodílel, nazval tuto techniku „novinkou“ a navrhl, že by mohla mít „různé aplikace v neurovědním výzkumu pomocí zvířecích modelů… a dále“.
Regulační překážky však přetrvávají. Největší výzvou je získat schválení složky genetické modifikace, protože optogenetické metody se na lidech teprve začínají studovat. I když se očekává, že zařízení bude fungovat podobně i u lidí, je potřeba další testování.
Tato technologie představuje silný nástroj pro základní neurovědecký výzkum. Umožňuje vědcům obejít přirozené smyslové kanály a interagovat přímo s mozkem, čímž otevírá nové možnosti pro pochopení nervových procesů. I když jsou klinické studie na lidech stále ještě daleko, tento průlom znamená významný krok směrem k nové generaci rozhraní mozek-stroj.
