Создан мозговой чип для нейрокомпьютерного интерфейса

• 11.01.2024
• 79 просмотров

Фото: David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

Новый нейронный чип, созданный учеными из Калифорнийского университета в Сан-Диего, способен читать сигналы из глубоких отделов головного мозга, находясь на его поверхности. Результаты предварительных испытаний импланта, который может быть использован для создания неинвазивного нейрокомпьютерного интерфейса, опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Чип изготовлен из тонкого, прозрачного и гибкого полимера, заполненного плотной решеткой графеновых микроэлектродов с диаметром около 20 микрометров. При размещении на поверхности мозга имплант записывал электрические сигналы от нейронов, расположенных во внешних слоях. В сочетании с двухфотонным лазерным микроскопом чип также позволял визуализировать активность кальциевых каналов в нервных клетках, расположенных на глубине 250 микрометров.

В экспериментах с генетически модифицированными мышами ученые обнаружили корреляцию между электрическими сигналами на поверхности и сигналами, опосредованными кальцием, в глубоких слоях мозга. Эта зависимость позволила использовать данные о поверхностных потенциалах действия для обучения нейронных сетей, чтобы те могли предсказать кальциевую активность как для больших популяций нейронов, так и для отдельных клеток.

Новая технология позволяет решить недостатки существующих методов записи кальциевой активности, которые требуют фиксации головы субъекта и могут проводиться в течение только часа или два за раз. Поскольку запись электрической активности не имеет подобных ограничений, имплант позволяет проводить более длительные эксперименты, в которых испытуемый может свободно передвигаться и выполнять сложные поведенческие задачи.

В традиционных имплантах в качестве электродов и проводов используются непрозрачные металлические материалы, которые мешают визуализации нейронов, расположенных под электродами. Напротив, чип, изготовленный с использованием графена, прозрачен, что обеспечивает хорошее поле зрения для микроскопа. В будущем ученые планируют испытать имплант на различных животных моделях, прежде чем перейти к экспериментам с участием людей.