Интерфейсы мозг-компьютер, которые были разработаны в достаточном количестве за последние годы, позволяют парализованным людям управлять "силой мысли" специализированными роботизированными протезами, экзоскелетами, роботами и элементами управления интерфейсов пользователя компьютерных программ. В большинстве случаев такие интерфейсы требуют наличия электродов или чипов, внедренных в мозг хирургическим путем, который обеспечивают минимальный уровень шумов и помех по отношению к уровню полезного сигнала от нейронов. Однако новый тип электрода, который по конструкции подобен медицинскому стенту, может обеспечить высококачественную запись сигналов нейронов без потребности проведения опасных хирургических операций на открытом мозге. Электрод "stentrode", размером со спичку, который был разработан группой австралийских ученых, может быть просто введен в вену, входящую в состав кровеносной системы головного мозга.
Такой электрод-стент внедряется в организм через катетер, введенный в вену в области шеи человека. Это устройство принимает электрические сигналы и передает их через тончайший провод приемнику, который внедрен под кожу в районе грудной мышцы. Этот приемник является одновременно и передатчиком, который транслирует все принятые сигналы при помощи технологий беспроводной передачи информации. Конечным получателем этой информации могут являться системы управления протезами, экзоскелетами или другие электронные устройства.
Испытывая разработанную технологию, ученые произвели запись высококачественных сигналов от нейронов. Электроды-стенты были внедрены в кровеносную систему подопытного животного, овцы, которое ничем не ограничивалось в своей подвижности. Шесть месяцев съема сигналов мозга позволили ученым накопить достаточное количество данных, произвести спектральный анализ сигналов и вычислить значение ширины полосы пропускания. Все эти качественные показатели сигналов почти полностью соответствуют показателям сигналов, полученных с матриц электродов, внедренных в мозг хирургическим путем.
Электрод-стент изготовлен из нитинола, биологически нейтрального сплава никеля и титана Он представляет собой "трубку", диаметром 3 миллиметра и длиной 3 сантиметра, имеющей мягкую решетчатую поверхность, на которой укреплены крошечные дискообразные электроды. Помещенный внутрь вены такой электрод принимает форму вены и абсолютно не мешает процессу кровообращения. Полосы пропускания сигналов таким электродом достаточно для обеспечения съема электрических сигналов от 10 тысяч отдельных нейронов.
"В течение нескольких первых дней после внедрения электрод-стенд давал крайне нестабильный сигнал, что объясняется вмешательством в его работу шумов, создаваемых потоком крови" - рассказывает Томас Оксли (Thomas Oxley), ученый-невролог из университета Мельбурна, - "Но после шести дней пребывания в вене электрод начал выдавать более сильные и более четкие сигналы. Проведенная ренгенография показала, что внешняя оболочка электрода просто вросла в стены кровеносного сосуда, которые стали защитой от внешних шумов. А полное отсутствие процессов отторжения демонстрирует высокую биологическую совместимость устройства".
Электрод stentrode позволяет произвести запись сигналов с частотой до 190 Герц. "Эти высокочастотные сигналы, находящиеся в диапазоне от 70 до 200 Гц, являются наиболее информативными, в них содержится масса информации от моторной коры мозга и эти сигналы являются самым полезным видом сигналов для реализации прямых интерфейсов мозг-компьютер" - рассказывает Томас Оксли.
Пока австралийские исследователи не производили никаких попыток расшифровки полученных при помощи электродов-стентов сигналов. Для этого потребуется как минимум внедрение этих электродов в более высокоразвитое животное, к примеру, в обезьяну. "Однако, вены лабораторных обезьян, макак-резусов, очень тонки для введения в них стента. Мы планируем начать сразу с внедрения этих электродов в вены человека-добровольца и после этого можно будет приступать к попыткам расшифровки сигналов, снятых из его мозга" - рассказывает Томас Оксли. Испытания электродов на добровольцах планируется начать в конце 2017 года, а в качестве добровольцев будет выступать группа парализованных пациентов, проходящих лечение в Королевской больнице Мельбурна, Австралия.
