Przełomowy nowy interfejs mózg-maszyna (MMI) wykorzystuje światło do bezpośredniej komunikacji z mózgiem, z pominięciem tradycyjnych ścieżek sensorycznych. Niedawne eksperymenty na myszach zademonstrowały minimalnie inwazyjne urządzenie bezprzewodowe, które jest w stanie dostarczać sztuczne impulsy do genetycznie zmodyfikowanych neuronów, skutecznie „rozmawiając” z mózgiem za pomocą wzorców świetlnych. Technologia ta może zrewolucjonizować badania neurologiczne i otworzyć obiecujące perspektywy dla przyszłego rozwoju protetyki.
Jak działa urządzenie
Urządzenie, mniejsze od ludzkiego palca, dopasowuje się do krzywizn czaszki i zawiera 64 maleńkie diody LED, obwody elektroniczne i antenę odbiorczą. Działa w oparciu o komunikację bliskiego zasięgu (NFC) – tę samą technologię stosowaną w płatnościach zbliżeniowych – aby bezprzewodowo sterować diodami LED. W przeciwieństwie do tradycyjnych MMI, które wymagają bezpośrednich implantów mózgowych lub nieporęcznego sprzętu zewnętrznego, to urządzenie umieszcza się pod skórą głowy i rzuca światło bezpośrednio na tkankę mózgową.
Kluczem do sukcesu jest modyfikacja genetyczna. Komórki mózgowe nie reagują w sposób naturalny na światło, dlatego badacze wykorzystali edycję genów, aby wprowadzić do neuronów wrażliwe na światło kanały jonowe. Aktywowane przez diody LED kanały te wyzwalają sygnały neuronowe, zapewniając precyzyjną kontrolę nad aktywnością mózgu. Technika ta, znana jako optogenetyka, pozwala badaczom całkowicie ominąć układ sensoryczny.
Eksperymenty z myszami wykazują funkcjonalność
W eksperymentach myszy uczono wiązać pewne wzorce świetlne z nagrodami. Bezprzewodowo kontrolując diody LED, badacze mogli zmusić urządzenie do wytwarzania różnych serii impulsów świetlnych, które myszy nauczyły się rozpoznawać i na które reagować. Na przykład pewne wzorce kierowały je do wody z cukrem ukrytej w labiryncie.
„To tak, jakbyśmy mogli wyświetlać serię obrazów – prawie tak, jak odtwarzamy film – bezpośrednio do mózgu, kontrolując sekwencję wzorców” – powiedział John Rogers, starszy autor badania z Northwestern University.
Urządzenie nie ogranicza się wyłącznie do stymulacji obszarów odpowiedzialnych za percepcję wzrokową; może aktywować neurony w korze mózgowej, umożliwiając tworzenie złożonych wzorców aktywności neuronowej.
Implikacje dla przyszłych badań i protetyki
Zespół widzi znaczny potencjał w protetyce. Technologia ta może dodać realistyczne wrażenia – takie jak dotyk lub nacisk – do protez kończyn, a nawet przywrócić sygnały słuchowe lub wzrokowe pacjentom z zaburzeniami czucia.
Bin He, badacz zajmujący się neuroinżynierią na Uniwersytecie Carnegie Mellon, który nie był zaangażowany w badania, nazwał tę technikę „nowatorską” i zasugerował, że może ona mieć „różne zastosowania w badaniach neurologicznych z wykorzystaniem modeli zwierzęcych… i nie tylko”.
Utrzymują się jednak przeszkody regulacyjne. Największym wyzwaniem jest uzyskanie zgody na składnik modyfikacji genetycznej, ponieważ badania metod optogenetycznych na ludziach dopiero zaczynają się. Chociaż oczekuje się, że urządzenie będzie działać podobnie u ludzi, konieczne są dalsze badania.
Technologia ta stanowi potężne narzędzie do podstawowych badań neurologicznych. Umożliwia naukowcom ominięcie naturalnych kanałów sensorycznych i bezpośrednią interakcję z mózgiem, otwierając nowe możliwości zrozumienia procesów neuronowych. Chociaż do badań klinicznych na ludziach jeszcze daleko, ten przełom stanowi znaczący krok w kierunku nowej generacji interfejsów mózg-maszyna.
