Yeni Nesil Beyin Bilgisayar Arayüzü Sistemlerine Doğru

Yüzlerce küçük beyin sensörünün aktivitesini koordine eden yeni bir tür nöral arayüz sistemi, bir gün beynin anlaşılmasını derinleştirerek yeni tıbbi tedavilerin önünü açabilir.

Beyin bilgisayar arayüzü (BBA), beyin veya omurilik yaralanması olan kişilerin hareket etmelerine veya iletişim kurmalarına yardımcı olabilecek yardımcı cihazlardır. BBA sistemleri, beyinde elektrik sinyallerini kaydeden ve bu sinyalleri bilgisayar veya robotik protezler gibi harici cihazları çalıştırmak için kullanan yerleştirilebilir sensörlere bağlıdır. Mevcut BBA sistemlerinin çoğu, birkaç yüz nöron için bir veya iki sensör kullanır, ancak sinirbilimciler çok daha büyük beyin hücre gruplarından veri toplayabilen sistemlerle ilgileniyorlar.

Bir araştırma ekibi, gelecekteki yeni bir BBA sistemi için yeni bir yaklaşıma doğru önemli bir adım attı - beyni aktivitesini kaydetmek ve uyarmak için, her biri yaklaşık bir tuz tanesi büyüklüğünde bağımsız ve kablosuz sinir sensörlerinin eşgüdümlü ağı. 'Nöral tanecik' olarak adlandırılan sensörler, nöronların ateşlenmesindeki elektrik akımını bağımsız olarak kaydeder ve sinyalleri eşgüdümle işleyen bir merkeze kablosuz olarak göndermektedir.

12 Ağustos'ta Nature Electronics'te yayınlanan bir çalışmada, araştırma ekibi, bir kemirgende sinirsel aktiviteyi kaydetmek için bu tür yaklaşık 50 otonom nöral tanecik kullanımını gösterdi. Araştırmacılar, sonuçların bir gün beyin sinyallerinin benzeri görülmemiş bir ayrıntı ile kaydedilmesini sağlayabilecek ve beynin nasıl çalıştığına dair yeni anlayışlara ve beyin/omurilik yaralanması olan insanlar için yeni tedavilere yol açabilecek bir sisteme doğru atılmış bir adım olduğunu söylüyor.

Brown Mühendislik Fakültesi profesörü ve çalışmanın yazarı Arto Nurmikko, 'Beyin bilgisayar arayüzü alanındaki en büyük zorluklardan biri, beyinde mümkün olduğunca çok noktaya ulaşacak mühendislik yöntemleri. Şimdiye kadar kullanılan çoğu BBA monolitiktir. Ekibimizin fikri bunu serebral korteks boyunca dağıtılabilecek küçük sensörlere ayırmaktı. Burada gösterdiğimiz şey bu.' dedi.

Brown Carney Beyin Bilimi Enstitüsü'nden Nurmikko yaklaşık 4 yıl önce başlayan çalışmalarla ilgili olarak ‘Öncelikle nöral sinyallerin saptanması, büyütülmesi ve küçük silikon nöral tanecik çiplerine iletilmesiyle ilgili karmaşık elektroniklerin küçültülmesi gerekiyordu. Daha sonra bu küçük çiplerden sinyalleri alan vücut dışındaki iletişim merkezi geliştirildi. Cihaz kafa derisine yapışan, yaklaşık bir başparmak izi büyüklüğünde ince bir yamadır. Her biri kendi ağ adresine sahip olan sinir hücrelerinden gelen sinyalleri koordine etmek için bir ağ protokolü kullanan minyatür bir cep telefonu kulesi gibi çalışır.’ dedi.

Makalenin baş yazarı Jihun Lee, 'Bu çalışma için birçok disiplinden insan bir araya geldi. Nöral tanecik sistemini tasarlamak ve işletmek için elektromanyetik, radyo frekansı iletişimi, devre tasarımı, üretim ve sinirbilim alanındaki uzmanlığı bir araya getirmemiz gerekiyordu.' dedi.

Bu yeni çalışmanın amacı, sistemin canlı bir beyinden - bu durumda bir kemirgen beyninden - gelen sinir sinyallerini kaydedebildiğini göstermekti. Ekip, beynin dış tabakası olan serebral kortekse 48 nöral tanecik yerleştirdi ve spontan beyin aktivitesiyle ilişkili karakteristik sinir sinyallerini başarıyla kaydetti.

Hayvanın beyninin büyüklüğü bu çalışma için ekibi 48 sinir hücresiyle sınırladı, ancak sistemin mevcut konfigürasyonunun 770 hücreyi destekleyebileceğini gösteriyor. Sonuçta ekip, beyin aktivitesini şu anda erişilemeyen resmini sağlayacak biçimde binlerce sinir hücresine kadar ölçeklendirmeyi öngörmektedirler.

Bu eksiksiz sistemi gerçeğe dönüştürmek için yapılacak daha çok iş var, ancak araştırmacılar bu çalışmanın bu yönde önemli bir adımı temsil ettiğini söyledi.

Nurmikko, 'Umudumuz, beyne yeni bilimsel bakış açıları ve yıkıcı yaralanmalardan etkilenen insanlara yardımcı olabilecek yeni tedaviler sağlayan bir sistem geliştirebilmek' dedi.