Direkte hjernegrensesnitt for å drive neste generasjons proteser

Forskere ved Northwestern University utviklet og testet med suksess en direkte hjernegrensesnitt-enhet som har potensial til å revolusjonere markeder. Den nye kontrollmekanismen er omtrent på størrelse med et poststempel og kan kommunisere direkte med nevroner, og omgår tradisjonelle sansekanaler.

Utviklingen av hjerne-maskin-kommunikasjon

Mens menneske-maskin-kommunikasjon har kommet langt de siste hundre årene. De tidligste enhetene krevde at kontrollene ble direkte innført via koding fra mennesker som brukte tastaturer. I dag gjør avansert teknologi som store språkmodeller (LLM) AI-systemer det enklere enn noen gang å kommunisere med maskiner. Likevel har det vært ett område av maskin-menneske-interaksjon som har forblitt utenfor allmennhetens rekkevidde – tankekontroll.

Hjerne-maskin-grensesnitt (BMI) har lenge blitt sett på som den hellige gral når det gjelder kommunikasjon med enheter. I motsetning til andre kontrollmetoder hopper BMI over de nevrologiske banene som er ansvarlige for sensorisk inndata (øyne, ører, berøring). Disse systemene går direkte til kilden for å hente eller sende data.

Fra alfabølger til implantater

Historien til denne teknologien går tilbake til 1924, da Hans Berger først registrerte nevrologiske signaler i form av alfabølger. Tiår senere, med støtte fra DARPA, introduserte Jacques Vidal begrepet «Brain Computer Interface». Innen 2004 kontrollerte menneskelige pasienter som Mathew Nagle enheter ved hjelp av kablede implantater som BrainGate.

Imidlertid møtte tidligere design betydelige begrensninger. De var ofte store, krevde kabler som gikk gjennom hodeskallen til eksterne strømkilder, og manglet langsiktig stabilitet. Dette begrenset bruken til laboratorieinnstillinger og hindret bred adopsjon.

Nordwestlig gjennombrudd

Forskere ved Northwestern University kan ha løst flere av disse problemene. Ifølge den vitenskapelige studien Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception¹ publisert i Nature Neuroscience, har gruppen med suksess designet og testet en minimalt invasiv mikro hjernegrensesnittmaskin.

Denne miniaturiserte transkranielle optogenetiske nevrostimulatoren bruker mønstrede pulser av rødt lys for å levere informasjon direkte til lysfølsomme nevroner i korteks. Ved å aktivere store samlinger av celler i spesifikke romtidspattern, genererer den «kunstige persepsjoner» som hjernen kan lære å tolke.

Hvordan “Poststempel”-enheten fungerer

BMI-en ble designet for å være så liten som mulig. Dens fleksible design er tynnere enn et bankkort og kan tilpasse seg pasientens hodebunn. Implantatet sitter direkte på skallen med lysene vendt innover. Denne plasseringen gjør at enheten kan skinne lys direkte gjennom skallen for å treffe nevronene, og eliminerer behovet for ledninger som trenger inn i hjernevevet.

Kjernen i denne teknologien er et array av 64 mikro-LED-er. Disse røde lysene kan levere lys gjennom skallen med minimal tap, og skape komplekse, programmerbare mønstre. I motsetning til tidligere enkelt-LED-design, kan dette 64-lysrutenettet stimulere brede nettverk av nevroner, og etterligne naturlig sensorisk prosessering.

Trådløs og minimalt invasiv

En av de største fordelene med systemet er dets trådløse muligheter. Ved å kontrollere enheten eksternt, eliminerte gruppen klønete kontrollkabler og strømkabler. Dette forbedrer ikke bare pasientens livskvalitet, men reduserer også infeksjonsrisikoen og gjør sanntids programvareoppdateringer mulige.

Resultater: Skape «kunstig persepsjon»

Ingeniørene bekreftet teorien sin ved å bruke genetisk modifiserte laboratoriemus med lysfølsomme områder i korteks. Resultatene var øyeåpnende.

Implantatene leverte med suksess forhåndsdefinerte lysmønstre til nøyaktige nevroner. Imponerende nok klarte musene å «dekode» disse kunstige signalene. Selv når syn og berøring ble nektet, kunne musene navigere et testområde for å finne mat kun basert på lysignalene som ble sendt inn i hjernen deres. De tolket lysmønstrene som meningsfulle ledetråder, og beviste at hjernen kan tilpasse seg og forstå denne nye formen for direkte kommunikasjon.

Virkelige anvendelser og tidslinje

Sveip for å rulle →

Medisinsk og sensorisk gjenoppretting

Det finnes et enormt spekter av medisinske anvendelser for denne teknologien. Den kan brukes til å lage neste generasjons proteser som gjør at brukeren kan føle og kontrollere enheten med sine tanker. Den kan også hjelpe blinde eller døve ved å levere kunstige stimuli direkte til de delene av hjernen som håndterer disse sansene.

En merknad om menneskelig anvendelse: Selv om selve enheten er ikke-invasiv (sitter utenfor skallen), er den biologiske komponenten avhengig av optogenetikk. Dette betyr at pasienter først vil trenge gen-terapi for å gjøre nevronene deres lysfølsomme. Selv om dette for tiden er vanlig i dyremodeller, er denne genetiske modifikasjonen en betydelig regulatorisk og sikkerhetsmessig hindring for menneskelig adopsjon, noe som forklarer tidslinjen på 10+ år.

Militær og forsvar

Militæret har lenge søkt etter måter å forbedre kampkapasiteten på. Dette prosjektet kan hjelpe soldater med å kommunisere og dele data på slagmarken i sanntid uten å snakke, eller kontrollere utstyr med forbedrede reaksjonstider.

Markedsfokus: Investering i hjerne-datamaskin-grensesnitt

Flere firmaer har brukt millioner på forskning for å lage pålitelige hjerne-datamaskin-grensesnitt. Ett selskap som fortsetter å dominere markedet er ClearPoint Neuro Inc. (CLPT )

ClearPoint Neuro Inc. (NASDAQ: CLPT)

ClearPoint Neuro Inc. gikk inn i markedet i 1998 med mål om å forbedre medisinsk praksis ved å bruke avansert teknologi. Grunnlagt av Paul A. Bottomley, leverer selskapet navigasjonssystemer for minimalt invasive nevrovitenskapelige prosedyrer. Plattformene deres er avgjørende for leveringen av gen-terapier og elektrodeplasseringer som neste generasjons BMI-er vil kreve.

Konklusjon

Når du undersøker disse helt optiske hjerne-maskin-kommunikasjonssystemene, er det lett å forestille seg en fremtid hvor roboter styres med tankene dine. Denne studien kan være begynnelsen på en ny generasjon av tankestyrte enheter som gjør mesteparten av sci-fi foreldet.

Hva synes du om hjerne-styrte datamaskiner? Ville du brukt en? Lik, kommenter og del denne artikkelen for å diskutere fremtiden for databehandling.

Siste ClearPoint Neuro Inc. (CLPT) aksjenyheter og ytelse

Referanser

^{1. Wu, M., Yang, Y., Zhang, J. et al. Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception. Nature Neuroscience (2025). https://doi.org/10.1038/s41593-025-02127-6}