putiMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Ang mga cyberborg ay hindi na science fiction. Ang larangan ng mga interface ng utak-makina (BMI) - na gumagamit ng mga electrodes, na madalas na itinanim sa utak, upang isalin ang impormasyon ng neuronal sa mga utos na may kakayahang kontrolin ang mga panlabas na sistema tulad ng isang computer o robotic arm - ay talagang nasa paligid ng ilang oras. Ang kumpanya ng negosyante na Elon Musk na si Neuralink, ay naglalayong subukan ang kanilang mga sistema ng BMI sa isang pasyente ng tao sa pagtatapos ng 2020.

Sa mahabang panahon, ang mga aparato ng BMI ay maaaring makatulong na masubaybayan at gamutin ang mga sintomas ng mga sakit sa neurological at kontrolin ang mga artipisyal na limb. Ngunit maaari rin silang magbigay ng isang plano upang mag-disenyo ng artipisyal na katalinuhan at kahit na paganahin ang direktang komunikasyon sa utak-sa-utak. Gayunpaman, sa ngayon, ang pangunahing hamon ay ang pagbuo ng mga BMI na maiwasan ang nakakasira sa tisyu ng utak at mga cell sa panahon ng pagtatanim at pagpapatakbo.

Ang mga BMI ay nasa loob ng higit sa isang dekada, na tumutulong sa mga taong nawalan ng kakayahan upang makontrol ang kanilang mga limbs, Halimbawa. Gayunpaman, ang mga maginoo na implant - madalas na gawa sa silikon - ay mga order ng magnitude stiffer kaysa sa aktwal na tisyu ng utak, na humahantong sa hindi matatag na pag-record at pagkasira sa nakapaligid na tisyu ng utak.

Maaari rin silang humantong sa isang nakasanayang responde kung saan tinanggihan ng utak ang implant. Ito ay dahil ang ating utak ng tao ay tulad ng isang nakabantay na kuta, at ang neuroimmune system-tulad ng mga sundalo sa saradong kuta na ito - protektahan ang mga neuron (mga selula ng utak) mula sa mga nanghihimasok, tulad ng mga pathogens o BMI.

Mga nababaluktot na aparato

Upang maiwasan ang pinsala at immune response, ang mga mananaliksik ay lalong nakatuon sa pagbuo ng tinatawag na "nababaluktot na BMI". Ang mga ito ay mas malambot kaysa sa mga implant ng silikon at katulad sa aktwal na tisyu ng utak.

Isang wafer ng libu-libong mga nababaluktot na electrodes, bawat isa mas maliit kaysa sa isang buhok. Steve Jurvetson / Flickr, CC BY-SA

Halimbawa, ginawa ni Neuralink ang una nitong idinisenyo nababaluktot na "mga thread" at inserter - maliliit, tulad ng mga probes na tulad ng thread, na kung saan ay mas nababaluktot kaysa sa nakaraang mga implant - upang mai-link ang isang utak ng tao nang direkta sa isang computer. Ang mga ito ay dinisenyo upang mabawasan ang pagkakataon ng immune response ng utak na pagtanggi sa mga electrodes pagkatapos ng pagpasok sa panahon ng operasyon ng utak.

{vembed Y = kPGa_FuGPIc}

Samantala, ang mga mananaliksik mula sa Pangkat ng Lieber sa Harvard University kamakailan dinisenyo ang isang mini mesh probe na mukhang katulad ng mga totoong neuron na hindi mailalagay ng utak ang mga impostor. Ang mga ito bio-inspired electronics binubuo ng mga platinum electrodes at ultra-manipis na mga wire ng ginto na encapsulated ng isang polimer na may sukat at kakayahang umangkop na katulad ng mga body cells ng neuron at neural fibers.

Ang pananaliksik sa mga rodent ay nagpakita na ganyan mga probinsyang tulad ng neuron huwag maglagay ng immune response kapag ipinasok sa utak. Nagagawa nilang subaybayan ang parehong pag-andar at paglipat ng mga neuron.

Ang paglipat sa mga cell

Karamihan sa mga BMI na ginagamit ngayon ay kumukuha ng mga signal ng elektrikal na utak na may leak sa labas ng mga neuron. Kung iisipin natin ang neural signal tulad ng isang tunog na nabuo sa loob ng isang silid, samakatuwid ang kasalukuyang paraan ng pag-record ay samakatuwid ay makinig sa tunog sa labas ng silid. Sa kasamaang palad, ang intensity ng signal ay lubos na nabawasan sa pamamagitan ng pag-filter na epekto ng pader - ang mga lamad ng neuron.

Upang makamit ang pinaka-tumpak na pag-andar ng pagbabasa upang lumikha ng higit na kontrol ng halimbawa ng mga artipisyal na limb, ang mga aparato sa elektronikong pagrekord ay kailangang makakuha ng direktang pag-access sa interior ng mga neuron. Ang pinakalawak na ginagamit na paraan ng maginoo para sa intracellular recording na ito ay ang "patch clamp electrode": isang guwang na tubo ng salamin na puno ng isang electrolyte solution at isang recording electrode na nagdala sa pakikipag-ugnay sa lamad ng isang nakahiwalay na cell. Ngunit ang isang tip na micrometre-wide ay nagiging sanhi ng hindi maibabalik na pinsala sa mga cell. Ano pa, maaari lamang itong i-record ang ilang mga cell sa isang pagkakataon.

Upang matugunan ang mga isyung ito, kamakailan nating binuo ang isang hairpin-tulad ng 3D nanowire transistor array at ginamit ito upang mabasa ang intracellular na mga de-koryenteng aktibidad mula sa maraming mga neuron. Mahalaga, nagawa namin ito nang walang makikilalang pinsala sa cellular. Ang aming mga nanowires ay sobrang manipis at nababaluktot, at madaling baluktot sa hugis ng hairpin - ang mga transistor ay tungkol lamang sa 15x15x50 nanometer. Kung ang isang neuron ay ang laki ng isang silid, ang mga transistor na ito ay tungkol sa sukat ng isang lock ng pinto.

Pinahiran ng isang sangkap na gayahin ang pakiramdam ng isang cell lamad, ang mga ito maliit na maliit, nababaluktot, mga probisyon ng nanowire ay maaaring tumawid sa mga lamad ng cell na may kaunting pagsusumikap. At maaari silang mag-record ng intracellular chatter na may parehong antas ng katumpakan bilang kanilang pinakamalaking kakumpitensya: mga patch ng clamp electrodes.

Malinaw na ang mga pagsulong na ito ay mahalagang hakbang patungo sa tumpak at ligtas na mga BMI na kakailanganin kung nais nating makamit ang mga kumplikadong gawain tulad ng utak-sa-utak-komunikasyon.

Ito ay maaaring tunog medyo nakakatakot ngunit, sa huli, kung ang aming mga medikal na propesyonal ay upang patuloy na maunawaan ang aming mga katawan nang mas mahusay at tulungan kaming gamutin ang mga sakit at mabuhay nang mas mahaba, mahalaga na patuloy nating itulak ang mga hangganan ng modernong agham upang mabigyan sila ng pinakamahusay na posible mga tool upang gawin ang kanilang mga trabaho. Upang ito ay posible, ang isang minimally invasive intersection sa pagitan ng mga tao at machine ay hindi maiiwasan.

Tungkol sa Ang May-akda

Si Yunlong Zhao, Lecturer sa Imbakan ng Enerhiya at Bioelectronics, University of Surrey

Ang artikulong ito ay muling nai-publish mula sa Ang pag-uusap sa ilalim ng lisensya ng Creative Commons. Basahin ang ang orihinal na artikulo.