脑-机接口(bci)是新兴的辅助设备,总有一天会帮助人们大脑或脊髓损伤移动或交流。BCI系统依赖于植入式传感器,记录大脑的电信号和使用这些信号来驱动外部设备如电脑或机器人假肢。
最新的BCI系统使用一个或两个传感器样品几百神经元,但神经科学家感兴趣的系统能够收集数据从更大的大脑细胞组。
现在,一组研究人员已经迈出了关键一步一个新概念为未来BCI系统;雇佣了一个协调的独立网络,无线微尺度神经传感器,每个大小的一粒盐,记录和刺激大脑活动。独立的传感器,称为“neurograins”,记录的电脉冲放电神经元和发送信号无线传输到中心,协调和处理的信号。
在一个研究发表在电子性质,研究小组演示的使用等近50自治neurograins记录神经活动在啮齿动物。
结果,研究人员说,是一个一步一个系统,可能有一天使大脑信号的记录以前所未有的细节,导致新见解大脑是如何工作的和大脑或脊髓损伤的新疗法。
的重大挑战之一的脑-机接口是工程领域的方法探索尽可能多的点在大脑中,“说Arto Nurmikko,布朗的工程学院的教授和这项研究的资深作者。到目前为止,大多数BCIs整体设备;有点像小针床。我们团队的想法是这庞然大物分解成微小的传感器,可以分布在大脑皮层。这就是我们已经能够证明在这里。”
团队,包括专家布朗,贝勒大学,加州大学圣地亚哥分校和高通开始大约四年前开发的系统的工作。的挑战是双重的,Nurmikko说,隶属于谁布朗的卡尼大脑科学研究所。第一部分需要收缩,涉及复杂的电子检测、放大并传递神经信号到微型硅neurograin芯片。这个团队首先设计和模拟电子计算机,并经历了几个制造迭代开发操作芯片。
第二个挑战是发展body-external交流中心接收信号从那些微小的芯片。设备是一块薄,大小的拇指指纹,连接到头皮颅骨外。它的工作原理就像一个微型手机塔,利用网络协议从neurograins协调信号,每一种都有自己的网络地址。补丁也neurograins无线供电,这是为了操作使用少量的电。
“这工作是一个真正的多学科的挑战,”李Jihun说,博士后研究员布朗和该研究的主要作者。'我们必须召集专家在电磁学中,射频通信、电路设计、制造、和神经科学设计和操作neurograin系统。”
这项新研究的目的是证明系统可以记录大脑神经信号从一个生活;在这种情况下,一种啮齿动物的大脑。团队把48 neurograins放在动物的大脑皮层,大脑的外层,并成功记录神经信号特征与自发的大脑活动。
该小组还测试了设备刺激大脑的能力,以及记录。刺激是用微小的电子脉冲,可以激活神经活动。刺激神经记录是由相同的中心坐标,可能有一天恢复大脑功能失去了疾病或损伤,研究人员希望。
动物的大脑的大小限制了团队48 neurograins在这项研究中,但数据显示,当前配置的系统可以支持多达770。最终,团队规模扩展到成千上万的neurograins设想,这将提供一个目前无法实现的大脑活动的照片。
奋进号”,这是一个具有挑战性的,因为系统需要同步无线电力传输和网络mega-bit-per-second率,这下完成非常紧硅面积和权力约束,”文森特Leung说,副教授在电子和计算机工程系贝勒。我们的团队将分布式的信封神经植入物。’
有更多的工作要做,完成系统成为现实,但研究人员称,这项研究代表了一个关键的步骤。
我们希望可以最终开发一个系统,它提供了新的科学见解大脑和新治疗方法可以帮助人们受到毁灭性的伤害,Nurmikko说。
