211service.com
Ett hjärn-datorgränssnitt som fungerar trådlöst
Ett fåtal förlamade patienter kan snart använda ett trådlöst hjärn-datorgränssnitt som kan strömma sina tankekommandon lika snabbt som en internetanslutning i hemmet.
Ett trådlöst hjärngränssnitt använder den huvudburna sändaren, som visas.
Efter mer än ett decennium av ingenjörsarbete har forskare vid Brown University och ett företag i Utah, Blackrock Microsystems, kommersialiserat en trådlös enhet som kan fästas på en persons skalle och sända via radio tankekommandon som samlats in från ett hjärnimplantat. Blackrock säger att de kommer att söka tillstånd för systemet från U.S. Food and Drug Administration, så att den mentala fjärrkontrollen kan testas på frivilliga, möjligen så snart som i år.
Enheten utvecklades av ett konsortium, kallat BrainGate, som är baserat på Brown och var bland de första som placerade implantat i hjärnan på förlamade människor och visade att elektriska signaler som sänds ut av neuroner inuti cortex kunde registreras och sedan användas för att styra en rullstol eller rikta en robotarm (se Implanting Hope ).
En stor gräns för dessa provokativa experiment har varit att patienter endast kan använda protesen med hjälp av en besättning av laboratorieassistenter. Hjärnans signaler samlas in genom en kabel som skruvas in i en port på deras skalle och matas sedan längs ledningar till ett skrymmande rack av signalprocessorer. Att använda detta i hemmiljö är otänkbart eller opraktiskt när du är bunden till en massa elektronik, säger Arto Nurmikko, den bruna ingenjörsprofessorn som ledde designen och tillverkningen av det trådlösa systemet.
Det nya gränssnittet gör bort mycket av den ledningsdragningen genom att bearbeta hjärndata inuti en enhet som är ungefär lika stor som en gaspropp för bilar. Den är fäst vid skallen och kopplad till elektroder inuti hjärnan. Inuti enheten finns en processor för att förstärka de svaga elektriska spikarna som sänds ut av neuroner, kretsar för att digitalisera informationen och en radio för att sända den ett avstånd på några meter till en mottagare. Där finns informationen tillgänglig som styrsignal; säg för att flytta en markör över en datorskärm.
Enheten sänder data ut ur hjärnan med en hastighet av 48 megabit per sekund, ungefär lika snabbt som en internetanslutning i hemmet, säger Nurmikko. Den använder cirka 30 milliwatt ström – en bråkdel av vad en smartphone använder – och drivs av ett batteri.
Forskare har gjort prototyper för trådlösa hjärn-datorgränssnitt tidigare, och några enklare sändare har sålts för djurforskning. Men det finns bara inget sådant som en enhet som har så många ingångar och spottar ut megabit och megabit data. Det är i grunden en ny typ av enhet, säger Cindy Chestek, biträdande professor i biomedicinsk teknik vid University of Michigan.
Även om implantatet kan överföra motsvarande data till ett värde av cirka 200 DVD-skivor per dag, är det inte mycket information jämfört med vad hjärnan genererar när den utför ens den enklaste rörelsen. Av de miljarder neuroner i den mänskliga cortexen har forskare aldrig direkt mätt mer än 200 eller så samtidigt. Du och jag använder våra hjärnor som petabytemaskiner, säger Nurmikko. Med den standarden kommer 100 megabit per sekund att se väldigt blygsamt ut.
Blackrock har börjat sälja den trådlösa processorn, som den kallar Cereplex-W och kostar cirka 15 000 dollar, till forskningslabb som studerar primater. Tester på människor kan ske snabbt, säger Florian Solzbacher, professor vid University of Utah som är ägare och president för Blackrock. Brown-forskarna har planer på att prova det på förlamade patienter, men har ännu inte gjort det.
För närvarande deltar ett halvdussin eller så förlamade personer, inklusive några i de sena stadierna av ALS, i BrainGate-försök med den äldre tekniken. I dessa studier, som pågår i Boston och Kalifornien, är implantatet som kommer i kontakt med hjärnan en liten samling nålliknande elektroder utskurna av kisel. Den säljs också av Blackrock och kallas vanligtvis Utah-arrayen. För att etablera ett gränssnitt mellan hjärna och maskin, skjuts den arrayen in i vävnaden i den cerebrala motoriska cortex, där dess spetsar registrerar avfyrningsmönstren från 100 neuroner eller fler samtidigt.
Dessa små explosioner av elektricitet, har forskare funnit, kan avkodas till en ganska exakt avläsning av vilken rörelse ett djur eller en person avser. Avkodning av dessa signaler har gjort det möjligt för hundratals apor, såväl som ett växande antal förlamade frivilliga, att styra en datormus, eller manipulera föremål med en robotarm, ibland med överraskande skicklighet (se Tankeexperimentet ).
Men BrainGate-tekniken kommer aldrig att bli verklig medicin förrän den har förenklats avsevärt och gjorts mer tillförlitlig. Den huvudmonterade trådlösa modulen är ett steg mot det målet. Så småningom, säger forskare, kommer all elektronik att behöva implanteras helt inuti kroppen, utan att några ledningar når genom huden, eftersom det kan leda till infektioner. Förra året rapporterade Brown-forskarna att de testade en prototyp av ett fullt implanterat gränssnitt, med elektroniken inrymd inuti en titanburk som kan förseglas under hårbotten. Den enheten är ännu inte kommersialiserad.
Om de kunde stoppa in det under huden så skulle allt du ser i videorna kunna göras hemma, säger Chestek och syftar på filmer av patienter använda mental kontroll för att flytta robotarmar. Den tråden som går genom huden är den farligaste delen av systemet.