Исследователи из Университета Карнеги-Меллона впервые разработали CMU Array — новый тип массива микроэлектродов для платформ интерфейса мозг-компьютер. Он может изменить то, как врачи могут лечить неврологические расстройства.
Массив микроэлектродов сверхвысокой плотности (MEA), напечатанный на 3D-принтере в наномасштабе, полностью настраивается. Это означает, что однажды пациенты, страдающие эпилепсией или потерей функций конечностей из-за инсульта, смогут получить персонализированное лечение, оптимизированное для их индивидуальных потребностей.
Сотрудничество объединяет опыт Рахула Паната, доцента машиностроения, и Эрика Иттри, доцента биологических наук. Команда применила новейшую технику микропроизводства, аэрозольную струйную 3D-печать, для производства массивов, которые решили основные конструктивные барьеры других массивов интерфейса мозг-компьютер (BCI). Результаты были опубликованы в журнале Science Advances .
«Аэрозольная струйная 3D-печать предлагает три основных преимущества, — пояснил Панат. «Пользователи могут настраивать свои MEA в соответствии с конкретными потребностями; MEA могут работать в трех измерениях в мозгу; а плотность MEA увеличивается и, следовательно, становится более надежной».
BCI на основе MEA соединяют нейроны в мозге с внешней электроникой для мониторинга или стимуляции активности мозга. Они часто используются в таких приложениях, как нейропротезные устройства, искусственные конечности и визуальные имплантаты для передачи информации от мозга к конечностям, которые потеряли функциональность. BCI также имеют потенциальное применение в лечении неврологических заболеваний , таких как эпилепсия, депрессия и обсессивно-компульсивное расстройство. Однако существующие устройства имеют ограничения.
Существует два типа популярных устройств BCI. Самым старым MEA является массив Юта, разработанный в Университете Юты и запатентованный в 1993 году. В этом массиве на основе силикона используется поле крошечных штифтов или хвостовиков, которые можно вставлять непосредственно в мозг для обнаружения электрического разряда от нейронов в наконечник каждой булавки.
Другим типом является массив Мичиган, который печатается на плоских тонких силиконовых чипах. Он считывает электроны, когда они простреливают чипы. Из-за конструктивных ограничений оба этих массива могут записывать только в двумерной плоскости. Это означает, что их нельзя настроить в соответствии с потребностями каждого пациента или применения.
Наиболее важным аспектом МЭА является его способность трехмерного отбора проб, которая ограничена плотностью микроэлектродов в массиве и возможностью размещения этих массивов в точном месте, которое необходимо измерить. Современные технологии производства МЭБ значительно продвинулись вперед в отношении плотности этих массивов микроэлектродов. Добавление третьего измерения значительно увеличивает возможности выборки массивов. Кроме того, MEA, изготавливаемые по индивидуальному заказу для каждого конкретного приложения, позволяют получать более точные и достоверные показания.
Исследовательский CMU Array является самым плотным BCI, примерно на порядок более плотным, чем BCI Utah Array.
Востребованы МЭА более высокого качества. MEA, используемые для управления виртуальными действиями на компьютере или сложными движениями конечностей, наталкиваются на ограничения текущей технологии. Для более продвинутых приложений требуются MEA, которые настраиваются для каждого человека и имеют гораздо более высокую точность, чем те, что доступны в настоящее время.
«Теперь в течение нескольких дней мы можем изготовить прецизионное медицинское устройство, адаптированное к потребностям пациента или экспериментатора», — говорит Иттри, соавтор исследования. Кроме того, в то время как такие технологии, как стимуляция зрительной коры и управление искусственными конечностями, успешно используются общественностью, возможность персонализировать систему управления в мозге может проложить путь к огромному прогрессу в этой области.
Панат предсказывает, что для испытаний на людях может потребоваться пять лет, а для коммерческого использования — еще больше. Команда рада представить этот успешный процесс другим исследователям в этой области, чтобы начать тестирование широкого спектра приложений.
Ожидается получение патента на архитектуру CMU Array и метод производства. Следующим шагом, по словам Паната, является работа с Национальными институтами здравоохранения (NIH) и другими деловыми партнерами, чтобы как можно быстрее передать эти результаты другим лабораториям и подать заявку на финансирование для коммерциализации этой технологии.
STM: костный мозг черепа может быть причиной хронической боли
Долгое время ученые считали, что иммунные клетки, вырабатываемые в костном мозге, скапливаются в головном мозге, когда ему необходима защита от травмы или инфекции. Затем, в 2018 году, ученые обнаружили, что…
Ученые выяснили, почему человеческий организм может стареть в два основных этапа
Старение неизбежно, но оно, безусловно, не является постоянным. Может казаться, что старение происходит размеренно и линейно, день за днем, неделя за неделей и месяцем неспешно ведут нас в золотые годы,…
«Умные» очки используют мигающий свет для синхронизации мозговых волн
Новый подход к стимуляции мозга с помощью носимых устройств привел к неожиданному результату, который может изменить методы проведения терапии с использованием мерцающего света. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science…
Четверо погибших в Новороссийске и 596 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО в течение ночи на 9 сентября перехватили и уничтожили 596 украинских беспилотников над российскими регионами, а также акваторией Черного моря. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Четыре человека,…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали восемь человек
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области 161 раз за прошедшие сутки, в результате ранения получили восемь мирных жителей. Об этом сообщил врио губернатора Александр Шуваев в "Максе". "За минувшие…
Поражены логистические центры, грузовой терминал и склады. Новые групповые удары ВС РФ по объектам на Украине
Российские войска ночью продолжили наносить групповые удары по объектам военной промышленности и морским портам Украины. Об этом сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о целях ударов. Заявление Минобороны ВС…
США науськивают Норвегию на противостояние с Россией в Арктике
Размещение в Норвегии южнокорейских самоходных установок и американского комплекса Mk 70 превращает ...
Новейшие детекторы гравитационных волн могут обнаружить первые черные дыры
Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва загорелись первые звезды — буквально момен...
Финляндия ограничила доступ к полученным из России документам до 9999 года. А они таки оптимисты!
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".