whiteMocca / Shutterstock, CC BY-SA

Cyborgs artık bilim kurgu değil. Nöronal bilgiyi bilgisayar veya robotik kol gibi harici sistemleri kontrol edebilen komutlara dönüştürmek için sıklıkla beyne implante edilen elektrotları kullanan beyin-makine arayüzleri (BMI) alanı aslında bir süredir var. Girişimci Elon Musk'un şirketi Neuralink, BMI sistemlerini test et 2020 sonunda bir insan hasta üzerinde.

Uzun vadede, BMI cihazları nörolojik bozuklukların semptomlarını izlemeye ve tedavi etmeye ve yapay uzuvları kontrol etmeye yardımcı olabilir. Ancak yapay zekayı tasarlamak ve hatta beyinden beyine doğrudan iletişimi sağlamak için bir plan sağlayabilirler. Bununla birlikte, şu an için asıl zorluk, implantasyon ve operasyon sırasında beyin dokularına ve hücrelerine zarar vermekten kaçınan BMI'lerin geliştirilmesidir.

BMI'ler, on yıldan uzun süredir buralarda olup, yeteneklerini kaybeden insanlara yardım ediyor. uzuvlarını kontrol etmek, Örneğin. Bununla birlikte, konvansiyonel implantlar - çoğunlukla silikondan yapılır - gerçek beyin dokusundan daha sert olan büyüklük dereceleridir. dengesiz kayıtlar ve hasar çevreleyen beyin dokusuna.

Ayrıca bir bağışıklık tepkisi beynin implantı reddettiği. Bunun nedeni, insan beynimizin korunan bir kale gibi olması ve bu kapalı kaledeki askerler gibi nöroimmün sistemin, nöronları (beyin hücrelerini) patojen veya BMI gibi davetsiz misafirlerden koruyacak olmasıdır.

Esnek cihazlar

Hasar ve bağışıklık yanıtlarından kaçınmak için araştırmacılar giderek “esnek BMI” denilen gelişime odaklanmaktadır. Bunlar silikon implantlardan çok daha yumuşak ve gerçek beyin dokusuna benzer.

Her biri saçtan çok daha küçük olan onbinlerce esnek elektrot gofreti. Steve Jurvetson / Flickr, CC BY-SA

Örneğin, Neuralink ilk tasarımını yaptı esnek "dişler" ve yerleştirici - önceki implantlardan çok daha esnek olan minik, iplik benzeri problar - bir insan beynini doğrudan bir bilgisayara bağlamak için. Bunlar, beyin ameliyatı sırasında sokulduktan sonra elektrotları reddeden beynin bağışıklık tepkisi olasılığını en aza indirmek için tasarlanmıştır.

{vembed y = kpga_fugpic}

Bu arada, araştırmacılar Lieber grubu Harvard Üniversitesi'nde son zamanlarda, beynin sahtekârları tanımlayamayacağı kadar gerçek nöronlara benzeyen mini bir örgü probu tasarladı. Bunlar biyo-ilham elektroniği nöron hücre gövdelerine ve sinir sinir liflerine benzer büyüklük ve esnekliğe sahip bir polimer ile kaplanmış platin elektrotlar ve ultra-ince altın tellerden oluşur.

Kemirgenler üzerine yapılan araştırmalar böyle olduğunu göstermiştir nöron benzeri problar beyine yerleştirildiğinde immün yanıt vermeyin. Nöronların hem fonksiyonunu hem de göçünü izleyebilirler.

Hücrelere taşınıyor

Günümüzde kullanılan çoğu BMI nöronların dışına sızan elektrikli beyin sinyallerini alıyor. Sinir sinyalini bir odanın içinde üretilen bir ses gibi düşünürsek, mevcut kayıt yolu bu nedenle odanın dışındaki sesi dinlemektir. Ne yazık ki, sinyalin yoğunluğu, duvarın - nöron membranlarının - filtreleme etkisiyle büyük ölçüde azalır.

Örneğin yapay uzuvların daha iyi kontrolünü sağlamak için en doğru fonksiyonel okumaları elde etmek için, elektronik kayıt cihazlarının nöronların içlerine doğrudan erişim sağlamaları gerekir. Bu hücre içi kayıt için en yaygın olarak kullanılan geleneksel yöntem "yama kelepçesi elektrotu" dır: bir elektrolit çözeltisi ile doldurulmuş içi boş bir cam tüp ve izole edilmiş bir hücrenin zarı ile temas eden bir kayıt elektrotu. Ancak mikrometre çapında bir uç hücrelerde geri dönüşümsüz hasara neden olur. Dahası, bir seferde sadece birkaç hücre kaydedebilir.

Bu sorunları gidermek için yakın zamanda bir saç tokası benzeri 3D nanotel transistör dizisi ve bunu çoklu nöronlardan hücre içi elektriksel aktivitelerini okumak için kullandı. Önemli olarak, bunu tanımlanabilir hiçbir hücresel hasar olmadan yapabildik. Nanotellerimiz son derece ince ve esnektir ve saç tokası şekline kolayca bükülür - transistörler yalnızca 15x15x50 nanometre ile ilgilidir. Bir nöron bir odanın büyüklüğü olsaydı, bu transistörler bir kapı kilidinin büyüklüğü kadar olurdu.

Bir hücre zarı hissini taklit eden bir maddeyle kaplanan bu ultra küçük, esnek, nanotel probları, hücre zarlarını en az çabayla geçebilir. Hücre içi gevezeliklerini en büyük rakipleri ile aynı hassasiyet düzeyinde kaydedebilirler: patch-kelepçe elektrotları.

Açıkçası bu gelişmeler, beyin-beyin iletişimi gibi karmaşık işler başarabilirsek gerekli olacak doğru ve güvenli BMI'lere yönelik önemli adımlar.

Bu biraz korkutucu gelebilir ama sonuçta eğer tıp uzmanlarımız bedenlerimizi daha iyi anlamaya devam etmek ve hastalıkları tedavi etmemize ve daha uzun yaşamaya yardımcı olmak istiyorlarsa, modern bilimin sınırlarını mümkün olan en iyi şekilde vermeye zorlamaya devam etmemiz önemlidir. işlerini yapmak için araçlar. Bunun mümkün olması için, insanlar ve makineler arasında minimal derecede istilacı bir kavşak kaçınılmazdır.

Yazar hakkında

Yunlong Zhao, Enerji Depolama ve Biyoelektronik Öğretim Üyesi, Surrey Üniversitesi

Bu makale şu adresten yeniden yayınlandı: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak Orijinal makale.