Μια νέα διεπαφή εγκεφάλου-μηχανής (Brain-Machine Interface, BMI) χρησιμοποιεί το φως για να «συνεννοηθεί» με τον εγκέφαλο, όπως δείχνουν πειράματα σε ποντίκια. Αυτή η καινοτόμος ασύρματη συσκευή θα μπορούσε στο μέλλον να βοηθήσει στην αποκατάσταση χαμένων αισθήσεων ή στην αποτελεσματική διαχείριση του πόνου χωρίς τη χρήση φαρμάκων, σύμφωνα με τους ερευνητές που την ανέπτυξαν.
Η ελάχιστα επεμβατική συσκευή τοποθετείται κάτω από το κρανίο και λαμβάνει πληροφορίες μέσω φωτεινών μοτίβων, τα οποία μεταφέρονται σε ειδικά γενετικά τροποποιημένους νευρώνες στον εγκεφαλικό ιστό.
Στην πρόσφατη μελέτη, αυτοί οι νευρώνες ενεργοποιήθηκαν, προσομοιώνοντας την αντίδραση σε αισθητηριακές πληροφορίες από τα μάτια των ποντικών. Τα ποντίκια εκπαιδεύτηκαν να αναγνωρίζουν αυτά τα μοτίβα δραστηριότητας του εγκεφάλου και να εκτελούν συγκεκριμένες εργασίες, όπως την αναγνώριση του σημείου που βρίσκονταν νόστιμα σνακ.
Αυτή η νέα συσκευή σηματοδοτεί σημαντική πρόοδο στην ανάπτυξη επόμενης γενιάς BMI, που αναμένεται να μπορούν να δέχονται τεχνητές πληροφορίες μέσω φωτός LED, ανεξάρτητα από τις παραδοσιακές αισθητηριακές οδούς του εγκεφάλου, όπως τα μάτια. Αυτό θα βοηθήσει στην κατασκευή συσκευών που συνδέονται με τον εγκέφαλο χωρίς την ανάγκη καλωδίων ή μεγάλων εξωτερικών στοιχείων.
«Αυτή η τεχνολογία είναι ένα εκπληκτικά ισχυρό εργαλείο για τη βασική έρευνα και μπορεί να συμβάλλει στην αντιμετώπιση προκλήσεων για την ανθρώπινη υγεία στο μέλλον», δήλωσε ο Τζον Ρότζερς, ερευνητής βιοηλεκτρονικής στο Northwestern University και κύριος συγγραφέας της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Neuroscience.
Παράκαμψη του Αισθητηριακού Συστήματος
Η συσκευή, μικρότερη από τον δείκτη ενός ανθρώπινου χεριού, είναι μαλακή και ευέλικτη στα σημεία επαφής της με το κρανίο. Περιέχει 64 μικροσκοπικά LED, ηλεκτρονικά κυκλώματα για την τροφοδοσία τους, και μια κεραία λήψης. Επίσης, μια εξωτερική κεραία ελέγχει τα LED μέσω επικοινωνιών κοντινού πεδίου (NFC), όπως ακριβώς και οι ανέπαφες πληρωμές με κάρτα.
Η συσκευή είναι σχεδιασμένη να τοποθετείται κάτω από το δέρμα, χωρίς να απαιτεί εμφύτευση στον εγκέφαλο άμεσα. «Προβάλλει φως απευθείας στον εγκέφαλο μέσω του κρανίου, με την απόκριση του εγκεφάλου να προέρχεται από γενετική τροποποίηση στους νευρώνες», εξήγησε ο Ρότζερς στο Live Science.
Τα εγκεφαλικά κύτταρα φυσικά δεν ανταγωνίζονται σε φως, καθιστώντας απαραίτητη τη γονιδιακή τροποποίηση για την ενεργοποίησή τους. «Η γενετική τροποποίηση δημιουργεί κανάλια ιόντων ευαίσθητα στο φως», τόνισε ο Ρότζερς. Ενεργοποιούμενα από φως, αυτά τα κανάλια επιτρέπουν τη ροή φορτισμένων σωματιδίων, στέλνοντας σήματα σε άλλα κύτταρα.
Αυτές οι οπτογενετικές τεχνικές είναι επαναστατικές και παρέχουν νέα υποκείμενα και μεθόδους για τον έλεγχο των κυκλωμάτων στον εγκέφαλο. Η ικανότητα αποστολής διαφόρων μοτίβων φωτός μπορεί να επιτρέψει την δημιουργία πολύπλοκης νευρικής δραστηριότητας με τροπές και καθοδήγηση, που προσομοιώνει την οπτική αντίληψη.
Οι ερευνητές πραγματοποίησαν πειράματα στα ποντίκια, δίνοντάς τους ασύρματες εντολές να παράγουν διαφορετικά μοτίβα φωτός. Τα ποντίκια εκπαιδεύτηκαν να αντιδρούν ανάλογα, κερδίζοντας ζαχαρούχο νερό ως επιβράβευση κάθε φορά που επέλεγαν τη σωστή απάντηση.
Ο Μπιν Χε, νευρομηχανικός στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon, σημείωσε ότι η τεχνική είναι καινοτόμα καθώς χρησιμοποιεί φως για τον έλεγχο του εγκεφάλου, προσφέροντας πολλές δυνατότητες στην νευροεπιστήμη.
Εφαρμογές όπως η προσθήκη αισθήσεων σε προσθετικά μέλη ή η αποστολή σημάτων σε προσθετικά όργανα είναι μόνο η αρχή. «Οι οπτογενετικές τεχνικές στους ανθρώπους μόλις αρχίζουν να αξιοποιούνται», υπογράμμισε ο Ρότζερς. «Η χρήση του φωτός μειώνει τους κινδύνους, καθώς δεν απαιτείται διάσπαση ιστών του εγκεφάλου.»
Η έρευνα σημειώνει σημαντική πρόοδο στην κατανόηση της πρόσβασης και της αλληλεπίδρασης με τον εγκέφαλο. Ωστόσο, πριν υπάρξουν δοκιμές σε ανθρώπους, είναι κανείς απαραίτητο να ξεπεραστούν τα κανονιστικά εμπόδια για τη χρησιμοποίηση γενετικής τροποποίησης στις εφαρμογές του εγκεφάλου.
Για περισσότερες πληροφορίες, επισκεφθείτε το άρθρο από το Live Science.
