Мишель Махарбиз, создатель первого в мире устройства для дистанционного управления насекомыми, разработал вместе с коллегами из Калифорнийского университета в Беркли новый универсальный интерфейс «мозг — компьютер». Из-за малых размеров он получил название «нейропыль». Это одновременно способ более точного управления любой электроникой «силой мысли» и новый диагностический метод с высочайшей разрешающей способностью.

Как известно, интерфейсы «мозг — компьютер» (BCI) основаны на регистрации электрической активности отдельных групп нейронов и дальнейшем преобразовании интегрального сигнала в управляющую команду для внешнего устройства. Управлять таким образом можно чем угодно — фигуркой на экране, собственным протезом или удалённым роботом.

Другой важной областью применения BCI является функциональное исследование головного мозга, однако пока оно не отличается высокой точностью. На современном этапе исследований мозга постоянно приходится сталкиваться с рядом технических ограничений, такими как габариты устройства и количество участков коры головного мозга, с которых возможна регистрация отдельных потенциалов.

Для решения этих проблем группа из Калифорнийского университета в Беркли предложила способ уменьшить размеры имплантируемых элементов до нескольких микрометров и буквально наполнить ими сосудистую оболочку головного мозга.

Разработанные ими сверхминиатюрные электронные сенсоры состоят из выполненной по технологии CMOS микросхемы, пьезокристалла, электродов и изолирующей полимерной оболочки. Принцип их действия заключается в следующем. Частицы нейропыли свободно циркулируют в кровеносном русле. Тогда одновременное число микросенсоров в сосудах головного мозга в любой момент времени может исчисляться тысячами. Каждая из них сможет измерять электрическую активность ближайших нейронов, которая проходит в два этапа. Во время первого пьезоэлектрический кристалл преобразует ультразвуковые волны от промежуточного модуля в электрические сигналы и питает CMOS-схему. Во время второго пьезокристалл действует наоборот — вибрирует под влиянием потенциалов действия ближайшей группы нейронов, которые преобразуются в ультразвуковой сигнал. Этот сигнал передается на промежуточный модуль, где преобразуется и передается на регистрирующее устройство.

По сравнению с потенциальными возможностями нейропыли современная электроэнцефалография и другие методы неинвазивной нейровизуализации (функциональная ядерно-магнитная томография, позитронно-эмисионная томография) имеют на один–два порядка меньшее разрешение.

Текущие расчётные размеры микросенсоров в пределах 10–100 мкм сравнимы с диаметром пиальных сосудов и недостаточно малы для эффективного практического применения. Однако пределы масштабирования не исчерпаны. Авторы исследования полагают возможным создание в ближайшие годы миниатюрных сенсоров с диаметром менее 10 мкм. Такие частицы смогут регистрировать электрофизиологические данные, по-прежнему удерживаясь гематоэнцефалическим барьером.

Пока речь идёт исключительно о модели, довольно точно просчитанной с учётом известных данных. Авторы «нейропыли» опираются и на экспериментальную проверку отдельных подобных элементов интерфейса «мозг — компьютер» на лабораторных животных. Многие вопросы предстоит решить ещё до этапа создания прототипа. Идея сейчас хоть и выглядит слишком смелой, но явно заслуживает самого пристального внимания.

Источник: computerra.ru