Робот будет гоняться за мыслями по мозгу

Мотив, которым руководствовались разработчики этого устройства, вполне благой. Подобный имплантат теоретически мог бы помочь парализованным инвалидам и больным с ограниченными коммуникационными возможностями, чья болезнь вызвана повреждением позвоночника или, к примеру, боковой амиотрофический склероз (болезнь Шарко). Электроды, имплантированные в мозг, могли бы перехватывать сигналы нейронов и с их помощью управлять протезом или, например, движением курсора по экрану компьютера.

Тем не менее, создание подобного электрода-имплантата наталкивается на целый ряд непростых проблем. По словам Игоря Файнмана (Igor Fineman), нейрохирурга из больницы Хантингтона в Пасадене, имплантированные в мозг живого человека электроды эффективно работают обычно лишь несколько месяцев, после чего теряют чувствительность. Это связано со смещением электродов вследствие механических воздействий или небольших вариаций кровяного давления, обрастанием электрода тканями, что приводит к ослаблению электрического сигнала, а также возможной гибелью нейронов, которые служили источником сигнала.

Для решения этих проблем Джоэл Бердик (Joel Burdick) и Ричард Андерсен (Richard Andersen) из Калифорнийского технологического института разработали устройство, способное, находясь непосредственно внутри мозга человека, определять направление на источник наиболее сильного сигнала и перемещаться к нему. Прототип такого робота, укрепленный на внутренней поверхности черепа, при помощи пьезоэлектрических моторов может независимо управлять движением четырех электродов с шагом 1мкм.

В качестве механизма привода электрода был выбран пьезоэлектрический, поскольку он обеспечивает высокую точность перемещения электрода, управлять которым можно, меняя приложенное к кристаллу напряжение. При этом электрод можно «вытягивать» на требуемое расстояние, подавая последовательность импульсов на пьезокристалл. Изобретатели позаботились и о том, чтобы случайно не повредить нейроны, создав механизм «предупреждения столкновений». «Если амплитуда сигнала начинает нарастать слишком быстро, мы понимаем, что можем „проткнуть“ нейрон, и отодвигаем электрод на безопасное расстояние», — поясняет принцип действия этого механизма Джоэл Бардик.

Новый робот был успешно использовал при декодировании моторных сигналов в мозгу крыс и мысленных сигналов у обезьян. При этом имплантаты-роботы после вживления в мозг подопытного животного самостоятельно «настраивали» положение электродов таким образом, чтобы обеспечить наилучшее распознавание сигналов отдельной клетки мозга. Сканирование мозга методом fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging) позволяет определить местоположение электродов нового устройства, названного создателями «автономным микроприводом», относительно области, из которой приходят сигналы, и переместить их таким образом, чтобы обеспечить наиболее эффективную регистрацию сигнала.

Несмотря на то, что опыты на животных уже продемонстрировали способность робота «подбираться» к области с наиболее мощным электрическим сигналом, его габариты пока что не позволяют размещать его внутри черепной коробки человека. Но ученые не падают духом — группа под руководством Ю-Чон Тая (Yu-Chong Tai) из того же Калифорнийского технологического института работает над созданием миниатюрной его версии на основе MEMS-технологии (микроэлектромеханических систем). У нового робота будет уже 100 «щупалец».

Изобретатели уверены: уже через год парализованные люди, в мозгу которых будет шевелить усиками их «детище», смогут управлять движением курсора на экране компьютера и путешествовать по Сети. Этим, однако, область возможного применения новинки не ограничивается — автономный робот можно будет использовать также и в качестве стимулятора областей мозга, что позволит с его помощью лечить болезнь Паркинсона. Игорь Файнман полагает, что использование микропривода повысит эффективность терапии, поскольку появится механизм обратной связи, позволяющий «настраиваться» на единичный нейрон.