Kinijos tyrėjai sukūrė naują minkštą ir tamprų smegenų implantą, paremtą kirigami principu – technika, artima origami menui. Skirtingai nei standūs implantai, ši sistema gali judėti kartu su smegenimis, todėl gali gerokai pagerinti „smegenų–kompiuterio“ sąsajų veikimą.
Kirigami – tai technika, kai lapas ne tik lankstomas, bet ir specialiai įpjaunamas. Iš pradžių imamas plokščias lapas, jame daromos tiksliai apskaičiuotos įpjovos, o tempiant ar lenkiant jis virsta trimatės formos struktūra. Toks metodas leidžia medžiagai lankstytis ir temptis neplyštant ir nepažeidžiant jos vientisumo.
Šiandien „smegenų–kompiuterio“ sąsajose, tarp jų ir kuriamose „Neuralink“, naudojamos labai plonos elektrodų gijos. Jos įvedamos į smegenis, kad galėtų nuskaityti neuronų siunčiamus signalus. Tačiau šios gijos, nepaisant jų mažo skersmens, vis dar išlieka santykinai standžios, o tuo tarpu smegenų audinys nuolat juda dėl pulso ir kvėpavimo.
Mokslininkai savo publikacijoje paaiškina, kad tokioms technologijoms būtini implantuojami mikroelektrodų masyvai, galintys ilgą laiką sąveikauti su dideliu skaičiumi neuronų skirtingose smegenų vietose. Dėl nuolatinio smegenų judėjimo elektrodai gali pasislinkti ar net iš dalies išsitraukti iš audinio, dėl ko blogėja signalų kokybė. Be to, tai gali sukelti uždegimą arba audinių pažeidimus.
2024 m. pirmasis žmogui implantuotas „Neuralink“ įrenginys, kaip pranešama, iš dalies prarado funkcionalumą būtent dėl elektrodų gijų pasislinkimo. Šis reiškinys vadinamas „gijų įtrauka“ ir 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 turi realią įtraukiamo į smegenų audinį riziką būtent dėl nuolatinio jo judėjimo. Pasak jo, tai paskatino komandą ieškoti naujų būdų sumažinti elektrodų ištraukimų ir pasislinkimų riziką, kai viena gijos dalis įtvirtinta smegenyse, o kita – prie kaukolės.
Kinijos mokslų akademijos komanda nusprendė pritaikyti kirigami principus kuriant naujos formos elektrodų gijas – ne tiesias, o spiralines. Spiralė gali temptis ir susitraukti, sugerdama judesį užuot jam besipriešindama. Taip sumažinama ir mechaninė apkrova smegenų audiniui.
Implantavimo metu visa sistema patalpinama ant hidrogelio sluoksnio. Tai sumažina trintį, riboja audinių pažeidimo riziką įvedimo metu ir sukuria papildomą apsauginį sluoksnį tarp implanto ir smegenų.
„Plaukiojantis“ implantas ir bandymai su makakomis
Pasak tyrėjų, tokia struktūra leidžia elektrodams tarsi „plaukioti“ smegenų paviršiuje, o ne būti standžiai prie jo pritvirtintiems. Atliekant bandymus su makakomis, kurių smegenų struktūra artima žmogaus smegenims, ši sistema vienu metu sugebėjo registruoti daugiau nei 700 žievės neuronų aktyvumą.
Naujasis implantas apėmė palyginti didelį smegenų plotą, užtikrino stabilią signalų registraciją ir demonstravo žymiai mažesnį poslinkį, palyginti su tradicinėmis konstrukcijomis.
Perspektyvos: nuo reabilitacijos iki pažintinių funkcijų stiprinimo
„Smegenų–kompiuterio“ sąsajos gali būti naudojamos padedant paralyžiuotiems pacientams valdyti robotinius protezus, atkurti kalbą, gydyti neurologinius sutrikimus ir netgi potencialiai stiprinti pažintines galimybes. Tačiau jei ryšys tarp smegenų ir įrenginio sutrinka, pasireiškia uždegimas ar audinių pažeidimas, tai 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 ir patikimesnes „smegenų–kompiuterio“ sistemas, įveikiančias dabartinius „Neuralink“ ir panašių projektų iššūkius.
