Direkte hjernegrænseflade til at drive næste generations proteser

Forskere fra Northwestern University udviklede og testede med succes en direkte hjernegrænsefladeenhed, der har potentiale til at ryste markederne. Den nye kontrolmekanisme er omtrent på størrelsen af et poststempel og kan kommunikere direkte med neuroner, ved at omgå traditionelle sansekanaler.

Opdagelsen kan få vidtrækkende betydning for flere sektorer, herunder sundhed, kommunikation, forsvar og teknologi. Den åbner døren til et nyt niveau af højteknologiske kontrolsystemer, som kan gøre kommunikation lige så enkel som at tænke en tanke. Her er, hvad du bør vide.

Udviklingen af hjerne-maskine kommunikation

Kommunikationen mellem mennesker og maskiner er nået langt i løbet af det seneste århundrede. De tidligste enheder krævede, at mennesker indtastede styringen direkte som kode via tastaturer. I dag gør avanceret teknologi som AI-systemer baseret på store sprogmodeller (LLM’er) det lettere end nogensinde at kommunikere med maskiner. Ét område af samspillet mellem menneske og maskine har dog fortsat været lige uden for offentlighedens rækkevidde: tankestyring.

Hjerne-maskine-grænseflader (BMI’er) har længe været betragtet som den hellige gral inden for kommunikation med enheder. I modsætning til andre styringsmetoder springer BMI’er de neurologiske baner over, som håndterer sanseinput fra øjne, ører og berøring. Systemerne går direkte til kilden for at hente eller sende data.

Fra alfa-bølger til implantater

Teknologiens historie går tilbage til 1924, da Hans Berger for første gang registrerede neurologiske signaler i form af alfabølger. Flere årtier senere og med støtte fra DARPA introducerede Jacques Vidal betegnelsen »Brain Computer Interface«. I 2004 kunne patienter som Mathew Nagle styre enheder ved hjælp af kablede implantater som BrainGate.

Tidligere konstruktioner havde imidlertid betydelige begrænsninger. De var ofte store, krævede kabler gennem kraniet til eksterne strømkilder og manglede stabilitet over længere tid. Det begrænsede anvendelsen til laboratorier og forhindrede bred udbredelse.

Northwestern-gennembruddet

Forskere ved Northwestern University kan have løst flere af disse problemer. Ifølge studiet Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception¹, der blev offentliggjort i Nature Neuroscience, lykkedes det gruppen at designe og teste en minimalt invasiv mikrogrænseflade til hjernen.

Denne miniaturiserede transkranielle optogenetiske nervestimulator bruger mønstrede impulser af rødt lys til at sende information direkte til lysfølsomme neuroner i hjernebarken. Ved at aktivere store grupper af celler i bestemte rumlige og tidsmæssige mønstre skaber den »kunstige sanseindtryk«, som hjernen kan lære at fortolke.

Hvordan “Poststempel”-enheden fungerer

BMI-enheden blev designet til at være så lille som muligt. Det fleksible design er tyndere end et betalingskort og kan tilpasse sig patientens hovedbund. Implantatet ligger direkte på kraniets overflade med lysdioderne vendt indad. Placeringen gør det muligt at sende lys gennem kraniet og ramme neuronerne direkte, så ledninger gennem hjernevævet ikke er nødvendige.

Kernen i teknologien er et gitter med 64 mikro-LED’er. De røde lysdioder kan sende lys gennem kraniet med minimalt tab og skabe komplekse, programmerbare mønstre. I modsætning til tidligere konstruktioner med én LED kan gitteret med 64 lys stimulere brede netværk af neuroner og efterligne hjernens naturlige sansebearbejdning.

Trådløs og minimalt invasiv

En af systemets største fordele er den trådløse funktion. Ved at fjernstyre enheden fjernede gruppen besværlige styre- og strømkabler. Det forbedrer ikke blot patientens livskvalitet, men reducerer også risikoen for infektion og muliggør softwareopdateringer i realtid.

Resultater: Skabelse af “Kunstig perception”

Ingeniørerne afprøvede deres teori på genetisk modificerede laboratoriemus med lysfølsomme områder i hjernebarken. Resultaterne var opsigtsvækkende.

Implantaterne sendte foruddefinerede lysmønstre til præcist udvalgte neuroner. Bemærkelsesværdigt nok kunne musene »afkode« disse kunstige signaler. Selv uden syn og berøring kunne de navigere i et forsøgsområde og finde føde udelukkende ved hjælp af lyssignalerne, der blev sendt ind i hjernen. De fortolkede lysmønstrene som meningsfulde spor, hvilket viste, at hjernen kan tilpasse sig og forstå denne nye form for direkte kommunikation.

Virkelige anvendelser & tidslinje

Swipe for at rulle →

Medicinsk og sensorisk genoprettelse

Der er et enormt udvalg af medicinske anvendelser for denne teknologi. Den kunne bruges til at skabe næste generations proteser, der gør det muligt for brugeren at føle og kontrollere enheden ud fra deres tanker. Den kunne også hjælpe dem, der er blinde eller døve, ved at levere kunstige stimuli direkte til de dele af hjernen, der håndterer disse sanser.

En bemærkning om menneskelig anvendelse: Selvom selve enheden er ikke-invasiv (sidder uden for kraniet), afhænger den biologiske komponent af optogenetik. Det betyder, at patienter først vil kræve gen-terapi for at gøre deres neuroner lyssensitive. Selvom dette i øjeblikket er almindeligt i dyremodeller, er denne genetiske modificering en betydelig regulatorisk og sikkerhedsmæssig hindring for menneskelig anvendelse, hvilket forklarer tidslinjen på 10+ år.

Militær og forsvar

Militæret har længe søgt måder at forbedre kampkapaciteter på. Dette projekt kunne hjælpe soldater med at kommunikere og dele data på slagmarken i realtid uden at tale, eller styre udstyr med forbedrede reaktionstider.

Markedsfokus: Investering i hjerne-computer grænseflader

Flere virksomheder har brugt millioner på at forske i, hvordan man laver pålidelige hjerne-computer grænseflader. Et firma, der fortsat dominerer markedet, er ClearPoint Neuro Inc. (CLPT )

ClearPoint Neuro Inc. (NASDAQ: CLPT)

ClearPoint Neuro Inc. gik ind på markedet i 1998 med målet om at forbedre medicinske praksisser ved at udnytte avanceret teknologi. Grundlagt af Paul A. Bottomley, leverer virksomheden navigationssystemer til minimalt invasive neurovidenskabelige procedurer. Deres platforme er afgørende for leveringen af gen-terapier og elektrodeplaceringer, som næste generations BMI’er vil kræve.

Konklusion

Når du undersøger disse fuldt optiske hjerne-maskine kommunikationssystemer, er det let at forestille sig en fremtid, hvor robotter styres med din tanke. Denne undersøgelse kan være begyndelsen på en ny generation af tankekontrollerede enheder, der får de fleste sci-fi-forestillinger til at virke forældede.

Hvad synes du om hjerne-kontrollerede computere? Ville du bruge en? Synes godt om, kommenter og del denne artikel for at diskutere fremtiden for computing.

Seneste ClearPoint Neuro Inc. (CLPT) aktienyheder og -præstation

Referencer

^{1. Wu, M., Yang, Y., Zhang, J. et al. Mønstrede trådløse transkraniale optogenetik genererer kunstig perception. Nature Neuroscience (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02127-6}