Нейроинтерфейсы - «мозг + компьютер»
Нейроинтерфейсы, представляющие собой сложную и многогранную задачу, могут быть полезными в медицине, улучшая или заменяя функции тела. Разработка инвазивных нейроинтерфейсов требует учета множества факторов, включая биосовместимость, безопасность и долгосрочное отторжение организмом. Несмотря на потенциальные риски и вызовы, эти устройства абсолютно необходимы в современном мире и продолжаются исследования для улучшения их эффективности и безопасности.
С 20 по 24 мая Московский государственный психолого-педагогический университет (МГППУ) проводит научно-образовательную инициативу «Неделя нейротехнологий и когнитивных наук». Это мероприятие проводится уже четвертый год и направлено на распространение знаний в области наук о мозге, когнитивных наук, технологий.
В рамках Недели нейротехнологий Василий Попков, заведующий лабораторией разработки инвазивных нейроинтерфейсов Института искусственного интеллекта МГУ им. М.В. Ломоносова рассказал о нейроинтерфейсах в медицине.
В современном мире, где нейротехнологии и нейроинтерфейсы становятся все более популярными, разработка инвазивных нейроинтерфейсов представляет собой сложную и многогранную задачу. Несмотря на то, что эти устройства могут быть полезными в медицине, улучшая или заменяя функции тела, они также представляют определенные вызовы и риски.
Один из основных вызовов связан с тем, что мы пока не полностью разбираемся в работе мозга. Как Леонардо да Винчи, пытающийся разобраться в современном компьютере, мы можем узнать что-то, используя наши инструменты, но они имеют свои ограничения. Микроскопия, например, позволяет увидеть, насколько плотно упакованы нейроны в мозге. На каждый кубический миллиметр коры мозга приходится около 50 000 нейронов. Кроме того, нейроны могут разряжаться очень быстро, иногда десятки раз в секунду. Чтобы работать с этим, нам нужны инструменты, способные соответствовать такому размеру и скорости.
Существуют два основных способа регистрации активности нервной системы для использования в нейроинтерфейсах: инвазивные и неинвазивные методы. Инвазивные методы нарушают целостность организма или ткани, но дают больше информации. Неинвазивные методы, такие как электроэнцефалограмма, безопасны, но позволяют получить только общую картину происходящего.
Нейроинтерфейсы используются для различных целей, включая протезирование конечностей, управление курсором и передачу видеоизображения в мозг. Они также могут быть использованы для лечения хронической боли, эпилепсии и других заболеваний.
Однако, разработка инвазивных нейроинтерфейсов связана с определенными рисками. Они могут быть опасными, так как требуют операций на мозге и нервах. Даже при успешной операции есть риск, что импланты быстро перестанут работать. Это может быть связано с поломкой самого импланта или отторжением организмом инородного объекта.
В лаборатории разработки инвазивных нейроинтерфейсов в Институте искусственного интеллекта МГУ им. М.В. Ломоносова занимаются созданием тонкоплёночных электродов для взаимодействия с тканью мозга. Эти электроды представляют собой плёнки, которые имплантируются в мозг и имеют точки считывания или стимуляции. Они должны быть биосовместимыми с организмом и передавать качественную информацию.
Для достижения этих целей проводятся исследования биосовместимости, включая проверку токсичности материалов. Также проводятся электрические тестирования для определения параметров стимуляции. Долгосрочное отторжение электрода организмом можно проверить только через эксперименты на животных.
Производство электродов осуществляется с помощью различных технологических подходов, включая создание тонких пленок и 3D печать. 3D печать позволяет создавать сложные топологии и использовать мягкие и деликатные полимеры для создания электродов.