Konnte Prothesen eines Tages werden gesteuert, indem das menschliche denken?

Seit fast zwei Jahrzehnten, Stanford Elektrotechnik professor Krishna Shenoy und Neurowissenschaftlern, die in seinem Neuronalen Prothetik Translationale Labor gearbeitet haben implantierbaren Gehirn-sensoren, die es Ihnen ermöglichen, zu erfassen und zu entziffern, die elektrische Aktivität von Neuronen, die Steuerung Bewegung des Körpers.

Das langfristige Ziel: baut Prothesen, die amputierte und Menschen mit Lähmungen können Steuern, mit Ihren Gedanken.

Derzeit ist der Prozess der Analyse der neuronalen Aktivität ist zeitraubend und mühsam. Aber in einem Papier in der Zeitschrift Neuron, Shenoy und seine Mannschaft zeigen, dass Sie haben festgestellt, eine weitaus einfachere Methode zur Untersuchung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Ihre Erkenntnisse könnten eines Tages öffnen die Tür zu einem neuen Zeitalter der super-kompakte, low-power, potenziell wireless-Gehirn-sensoren, die das bringen würde, dachte gesteuerte Prothesen in viel größeren nutzen.

Im wesentlichen hat das team umgangen heutigen mühsamen Prozess der überwachung der Aktivität von einzelnen Neuronen zu Gunsten der Dekodierung neuronaler Aktivität in der Gesamtheit. Jedes mal, wenn ein neuron feuert, sendet er ein elektrisches signal—bekannt als „spike“—an die nächste Nervenzelle auf der ganzen Linie. Es ist die Art der interzellulären Kommunikation, die dreht sich eine Vorstellung in den Geist in der Muskelkontraktion an anderer Stelle im Körper. „Jedes neuron hat seine eigene elektrische Fingerabdrücke und keine zwei sind identisch“, sagt Eric Trautmann, ein Postdoc-Forscher in Shenoy s Labor und erste Autor des Papiers. „Wir verbringen eine Menge Zeit, die Isolation und die Untersuchung der Aktivität der einzelnen Nervenzellen.“

Neurowissenschaftler nennen diesen Prozess „spike sorting“, und es muss getan werden für jedes neuron bei jedem Versuch, ein Unterfangen, das frisst viele Tausende von Stunden, die Forscher jedes Jahr und wird nur gehen, um mehr Zeit in Anspruch als Wissenschaftler bauen Implantate mit einer größeren Anzahl von Elektroden. In der Tat, Forscher schätzen, dass die sensoren werden mit 1.000 oder mehr Elektroden—up von 100 heute—an welcher Stelle, es würde ein Neurowissenschaftler 100 Stunden oder mehr zu Sortieren, die Spitzen von hand für jedes experiment.

Zum aufzeichnen der Aktivität einer Anzahl von Neuronen, ohne die Komplexität der spike-Sortierung, die Forscher lieh eine Theorie von Statistiken vorgeschlagen, dass, wie Sie konnten aufdecken, die Muster der Hirnaktivität, auch wenn mehrere Neuronen werden aufgenommen an einer einzelnen Elektrode. Sie brachten dann Ihren Ansatz experimentell. Sie verwendeten eine neue Art von Elektrode wurde entwickelt, um abholen Gehirn-Signale in der Maus, und adaptiert diese Technik zur Aufnahme des Gehirn von Rhesusaffen. Sie erfasst Hunderten von Neuronen gleichzeitig und zeigten, dass Sie konnten sich ein genaues portrait des Affen Gehirn-Aktivität ohne spike Sortieren.

Die Forscher glauben, dass Ihre Arbeit letztlich zu neuronalen Implantaten, die Verwendung einfacher Elektronik Spur mehr Neuronen als je zuvor, und auch nicht mehr so genau. Der Schlüssel ist, um kombinieren Sie Ihren anspruchsvollen neuen sampling-algorithmen mit diesen kleinen Elektroden. So weit, so kleine Elektroden wurden nur eingesetzt, um die Kontrolle einfache Geräte wie eine computer-Maus. Aber die Kombination dieser hardware für die Aufzeichnung Gehirn Signale, die mit der sampling-algorithmen schafft neue Möglichkeiten. Forscher könnten in der Lage sein, um die Bereitstellung eines Netzwerks von kleinen Elektroden, die durch größere Abschnitte des Gehirns, und die algorithmen verwenden, um die Probe sehr viele Neuronen. Dies könnte genügend genaue signal des Gehirns Informationen zur Steuerung einer Handprothese in der Lage schnelle und präzise Bewegungen wie pitching ein baseball-oder Geige spielen.

Besser noch, Trautmann sagte, die neuen Elektroden, gepaart mit der sampling-algorithmen, soll schließlich in der Lage sein, um die Aufzeichnung der Aktivität des Gehirns, ohne die viele Drähte benötigt heute, um Signale aus dem Gehirn an, was computer steuert die Prothese. Wireless-Funktionalität wäre ganz untether Benutzer von sperrigen Computern benötigt, um zu entschlüsseln neuronalen Aktivität heute.