Kinijos tyrėjai sukūrė naują minkštą ir elastingą smegenų implantą, paremtą kirigami principu – technika, artima origami menui. Skirtingai nei standūs implantai, ši sistema gali judėti kartu su smegenimis, todėl gali reikšmingai pagerinti smegenų–kompiuterio sąsajų veikimą.
Kirigami – tai metodas, kai medžiaga ne tik lankstoma, bet ir tiksliai įpjaunama. Pradedama nuo plokščio lakšto: jame daromos kruopščiai apskaičiuotos įpjovos, o tempiant ar lenkiant lakštas virsta trimate struktūra. Toks sprendimas leidžia medžiagai lankstytis ir temptis neplyštant bei išlaikant vientisumą.
„Neuralink“ iššūkis: smegenys juda, implantai – ne
Šiuolaikinėse smegenų–kompiuterio sąsajose, įskaitant kuriamas „Neuralink“, naudojamos itin plonos elektrodų gijos. Jos įvedamos į smegenis tam, kad galėtų fiksuoti neuronų siunčiamus signalus. Vis dėlto, nepaisant mažo skersmens, tokios gijos išlieka santykinai standžios, o smegenų audinys nuolat juda dėl pulso ir kvėpavimo.
Mokslininkai pabrėžia, kad šioms technologijoms būtini implantuojami mikroelektrodų masyvai, galintys ilgą laiką sąveikauti su dideliu neuronų skaičiumi skirtingose smegenų srityse. Tačiau dėl nuolatinio audinio judėjimo elektrodai gali pasislinkti ar net iš dalies išsitraukti, dėl to prastėja signalų kokybė. Be to, didėja uždegimo ir audinių pažeidimo rizika.
Pranešama, kad 2024 m. pirmasis žmogui implantuotas įrenginys iš dalies prarado funkcionalumą būtent dėl elektrodų gijų pasislinkimo. Šis reiškinys, vadinamas gijų įtrauka, laikomas viena svarbiausių tokio tipo sistemų problemų.
Kirigami sprendimas: spiralės vietoj tiesių gijų
Vyresnysis Pekino Kinijos smegenų tyrimų instituto mokslininkas Fan Jingas teigia, kad maždaug prieš ketverius metus tyrėjai nustatė: lankstūs elektrodai patiria realią riziką būti „įtraukiami“ dėl nuolatinio smegenų judėjimo. Tai paskatino komandą ieškoti būdų, kaip sumažinti elektrodų išsitraukimo ir poslinkio tikimybę, kai viena gijos dalis yra įtvirtinta smegenų audinyje, o kita – pritvirtinta prie kaukolės.
Kinijos mokslų akademijos komanda kirigami principus pritaikė kurdama naujos formos elektrodų gijas – vietoj tiesių pasirinko spiralines. Spiralė gali išsitempti ir susitraukti, sugerdama judesį, o ne jam priešindamasi. Taip mažinama mechaninė apkrova smegenų audiniui.
Implantavimo metu visa sistema patalpinama ant hidrogelio sluoksnio. Jis sumažina trintį, padeda riboti audinių pažeidimo riziką įvedimo metu ir sukuria papildomą apsauginį barjerą tarp implanto ir smegenų.
„Plaukiojantis“ implantas ir bandymai su makakomis
Tyrėjų teigimu, tokia struktūra leidžia elektrodams tarsi „plaukioti“ smegenų paviršiuje, o ne būti standžiai prie jo pritvirtintiems. Bandymuose su makakomis, kurių smegenų sandara artima žmogaus, ši sistema vienu metu gebėjo registruoti daugiau nei 700 žievės neuronų aktyvumą.
Naujasis implantas apėmė palyginti didelį smegenų plotą, užtikrino stabilią signalų registraciją ir demonstravo gerokai mažesnį poslinkį, palyginti su tradicinėmis konstrukcijomis.
Perspektyvos: nuo reabilitacijos iki pažintinių funkcijų stiprinimo
Smegenų–kompiuterio sąsajos gali padėti paralyžiuotiems pacientams valdyti robotinius protezus, atkurti kalbą, gydyti neurologinius sutrikimus ir, bent teoriškai, stiprinti pažintines galimybes. Tačiau ryšio sutrikimai tarp smegenų ir įrenginio, uždegiminės reakcijos ar audinių pažeidimai smarkiai riboja ilgalaikį tokių technologijų taikymą.
Kinijos mokslininkų sukurtas „plaukiojantis“ kirigami tipo implantas siūlo naują būdą sumažinti šias rizikas ir gali tapti svarbiu žingsniu kuriant saugesnes bei patikimesnes smegenų–kompiuterio sistemas, galinčias įveikti dabartinius panašių projektų iššūkius.
