Direkt hjärngränssnitt för att driva nästa generations proteser

Forskare vid Northwestern University utvecklade och testade framgångsrikt en direkt hjärngränssnitts‑enhet som har potential att omvälva marknaderna. Den nya kontrollmekanismen är ungefär lika stor som en poststämpel och kan kommunicera direkt med neuroner, vilket kringgår traditionella sensoriska kanaler.

Utvecklingen av hjärn‑maskin‑kommunikation

människa‑maskin‑kommunikation har kommit långt under det senaste århundradet. De tidigaste enheterna krävde att deras kontroller matades in direkt via kodning från människor med tangentbord. Idag gör avancerad teknik som stora språkmodells‑AI‑system det enklare än någonsin att kommunicera med maskiner. Men det har funnits ett område av maskin‑människa‑interaktion som har förblivit precis utom allmänhetens räckhåll – tankekontroll.

Hjärn‑maskin‑gränssnitt (BMI) har länge setts som den heliga graalen när det gäller att kommunicera med enheter. Till skillnad från andra kontrollmetoder hoppar BMI över dina neurologiska banor som ansvarar för sensorisk indata (ögon, öron, beröring). Dessa system går direkt till källan för att hämta eller skicka data.

Från alfavågor till implantat

Historien om denna teknik går tillbaka till 1924, när Hans Berger först registrerade neurologiska signaler i form av alfavågor. Decennier senare, med stöd från DARPA, myntade Jacques Vidal termen ”Brain Computer Interface”. År 2004 kontrollerade mänskliga patienter som Mathew Nagle enheter med hjälp av trådbundna implantat som BrainGate.

Tidigare konstruktioner hade dock betydande begränsningar. De var ofta stora, krävde kablar som gick genom skallen till externa strömkällor och saknade långsiktig stabilitet. Detta begränsade deras användning till laboratoriemiljöer och hindrade bred adoption.

Northwesterns genombrott

Forskare vid Northwestern University kan ha löst flera av dessa problem. Enligt den vetenskapliga studien Patterned wireless transcranial optogenetics generates artificial perception¹ publicerad i Nature Neuroscience har gruppen framgångsrikt designat och testat en minimalt invasiv mikro‑hjärngränssnitts‑maskin.

Denna miniatyriserade transkraniala optogenetiska neurala stimulator använder mönstrade pulser av rött ljus för att leverera information direkt till ljuskänsliga neuroner i cortex. Genom att aktivera stora grupper av celler i specifika rumsligt‑tidiga mönster genererar den ”artificiella perceptioner” som hjärnan kan lära sig att tolka.

Hur ”poststämpel”-enheten fungerar

BMI:n designades för att vara så liten som möjligt. Dess flexibla konstruktion är tunnare än ett bankkort och kan anpassas till patientens skalp. Implantatet sitter direkt på skallens yta med ljusen vända inåt. Denna placering gör att enheten kan lysa ljus direkt genom skallen för att nå neuronerna, vilket eliminerar behovet av kablar som penetrerar hjärnvävnaden.

Kärnan i denna teknik är en matris med 64 mikro‑LED‑lampor. Dessa röda ljus kan leverera ljus genom skallen med minimal förlust och skapa komplexa, programmerbara mönster. Till skillnad från tidigare enkellampdesigns kan detta 64‑ljus‑galler stimulera breda nätverk av neuroner och efterlikna naturlig sensorisk bearbetning.

Trådlös och minimalt invasiv

En av de största fördelarna med systemet är dess trådlösa funktioner. Genom att styra enheten på distans eliminerade gruppen besvärliga kontrollkablar och strömkablar. Detta förbättrar inte bara patientens livskvalitet utan minskar även infektionsrisken och möjliggör realtidsuppdateringar av mjukvaran.

Resultat: Skapa ”artificiell perception”

Ingenjörerna bekräftade sin teori med hjälp av genetiskt modifierade laboratoriemöss med ljuskänsliga regioner i deras cortex. Resultaten var ögonöppnande.

Implantaten levererade framgångsrikt fördefinierade ljusmönster till exakt rätt neuroner. Imponerande nog kunde mössen ”avkoda” dessa artificiella signaler. Även när de berövades syn och beröring kunde mössen navigera i ett testområde för att hitta mat enbart baserat på ljussignalerna som strålades in i deras hjärnor. De tolkade ljusmönstren som meningsfulla ledtrådar, vilket bevisar att hjärnan kan anpassa sig till och förstå denna nya form av direkt kommunikation.

Verkliga tillämpningar och tidslinje

Swipe to scroll →

Medicinsk och sensorisk återställning

Det finns ett enormt spektrum av medicinska tillämpningar för denna teknik. Den kan användas för att skapa nästa generations proteser som gör att användaren kan känna och styra enheten med sina tankar. Den kan också hjälpa personer som är blinda eller döva genom att tillhandahålla artificiella stimuli direkt till de delar av hjärnan som hanterar dessa sinnen.

En notering om mänsklig tillämpning: Även om enheten i sig är icke‑invasiv (sitter utanför skallen) förlitar sig den biologiska komponenten på optogenetik. Detta innebär att patienter först skulle behöva gen‑terapi för att göra sina neuroner ljuskänsliga. Även om detta för närvarande är vanligt i djurmodeller är denna genetiska modifiering ett betydande regulatoriskt och säkerhetsmässigt hinder för mänsklig adoption, vilket förklarar tidslinjen på 10+ år.

Militär och försvar

Militären har länge sökt sätt att förbättra stridsförmågan. Detta projekt kan hjälpa soldater att kommunicera och dela data över slagfältet i realtid utan att tala, eller styra utrustning med förbättrade reaktionstider.

Marknadsfokus: Investera i hjärn‑dator‑gränssnitt

Flera företag har spenderat miljontals dollar på att forska om hur man skapar pålitliga hjärn‑dator‑gränssnitt. Ett företag som fortsätter att dominera marknaden är ClearPoint Neuro Inc. (CLPT )

ClearPoint Neuro Inc. (NASDAQ: CLPT)

ClearPoint Neuro Inc. gick in på marknaden 1998 med målet att förbättra medicinsk praxis med hjälp av avancerad teknik. Företaget, grundat av Paul A. Bottomley, levererar navigationssystem för minimalt invasiva neurovetenskapliga procedurer. Deras plattformar är avgörande för leveransen av gen‑terapier och elektrodplaceringar som nästa generations BMI‑system kommer att kräva.

Slutsats

När du granskar dessa helt optiska hjärn‑maskin‑kommunikationssystem är det lätt att föreställa sig en framtid där robotar styrs med ditt sinne. Denna studie kan vara början på en ny generation av tankstyrda enheter som får de flesta sci‑fi‑berättelser att kännas föråldrade.

Vad tycker du om hjärnstyrda datorer? Skulle du använda en? Gilla, kommentera och dela den här artikeln för att diskutera framtiden för databehandling.

Senaste ClearPoint Neuro Inc. (CLPT) aktienyheter och prestanda

Referenser

^{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}