Graphene var turēt atslēgu, lai savienotu mūsu smadzenes ar mašīnām

Jūsu smadzenes ir elektriskās aktivitātes strops - signālu šaušana, datu straumēšana. Tā ir arī melnā kaste ar kopējo haosu. Līdz šim labākie veidi, kā savienot neironus ar ierīcēm un datoriem, ir spējuši tikai apsekot plašu neironu slāni un panākt plašu vienprātību par to, ko viņi brauc. Bet acīmredzams izrāviens grafēna tehnoloģijā piedāvā cerību, ka mēs varētu ieslēgties individuālie nervu signāli esošajā bioloģiskajā vidē ar milzīgām sekām protēžu, mācīšanās un garīgās veselības saglabāšanā.

Pētnieku komanda no Spānijas, Itālijas un Apvienotās Karalistes ir pierādījuši, ka grafēns var veiksmīgi saskarties ar neironiem, un no tiem var būt elektrisks signāls. Šis darbs balstās uz iepriekšējiem centieniem, kuros grafēns tika pārklāts ar peptīdiem, lai veicinātu neironu adhēziju, un parādīja, ka šāds pārklājums nav nepieciešams. Atšķirībā no iepriekšējiem mēģinājumiem un citām tehnoloģijām, šis darbs neizraisīja rētaudus, kas laika gaitā ir padarījuši citus implantus bezjēdzīgi. Pārāk, šī versija, izmantojot neapstrādātu grafēnu, ir ar augstu signāla un trokšņa attiecību, kas padara to praktiskāku bioloģiskiem lietojumiem.

Šā darba pirmie mērķi ir Parkinsona slimības ārstēšana. Esošās neironu saskarnes tehnoloģijas lasa neirona izvadi un pārvērš to par kaut ko citu. Tieši saskaroties ar neironiem, cerams, ka šo darbu var izmantot, lai traucētu signālu. Tā kā Parkinsona slimība nav kavē neironu signālus, tehnoloģija, kas var mākslīgi bloķēt svešus signālus, var atrisināt šo problēmu. Domājams, ka tas darbojas kā esošie implantējamie elektrodi: ar nespecifisku apraides elektrisko impulsu palīdzību, kas traucē šiem nepiemērotajiem signāliem. Individuālā neironu izšķirtspēja var nodrošināt daudz lielāku kontroli.

Grafēns ir ideāls materiāls bioloģiskai saskarnei: tas ir elastīgs, stabils un bioloģiski saderīgs. Tā kā tas ir spējīgs pārvadāt arī elektrisko lādiņu, tas ir paudis interesi par pētījumiem, kas paredzēti izmantošanai neironu lietojumos.

Grafēns ir spēcīgs, bet vai tas ir grūts? http://t.co/uUfeb1h0oN @ENERGY #MaterialsScience pic.twitter.com/BippvPpK7C

- Berkeley Lab (@BerkeleyLab) 2016. gada 22. februārī

Esošā neironu saskarnes tehnoloģija mēdz novērtēt visu neironu lauku, izmantojot elektrodu masīvu (piemēram, nesenais piemērs, kas tika izmantots atsevišķu pirkstu kontrolei). Lai gan tas var būt noderīgs dažos iestatījumos, var būt sarežģīti izsijāt caur daudzu, daudzu neironu izeju, lai atrastu vēlamo signālu. Bet nokļūt līdz izšķirtspējai, saskaroties ar atsevišķiem neironiem, un potenciāls ir bezprecedenta kontrole - ar visu veidu neironu protēzi.

Jums joprojām ir vajadzīgs izsmalcināts mehānisms, lai nodrošinātu, ka sazinās tikai ar attiecīgajiem neironiem; jums ir jānošķir, kurš signāls nāk no kurienes; un jums ir jāpārvērš šis signālu kakofonija.

Elektrodu implantēšana var būt arī sarežģīta. Esošās tehnoloģijas iegremdē elektrodus smadzeņu audos un gandrīz noteikti bojā noteiktus savienojumus gar ceļu. Tā kā šī tehnoloģija attiecas tikai uz lauka ierakstiem, dažu neironu bojājumi nav problemātiski. Ja mērķis ir saskarties ar atsevišķiem neironiem, tas varētu būt nozīmīgs jautājums.

Turklāt sistēma var būt “kalibrēta”. Nervu signālu laiks un stiprums ir ļoti svarīgi. Parasti jūsu smadzenes pašas kalibrē. Ja jūs, piemēram, šūpojas beisbola nūja, jūs nosūtāt pozitīvu vai negatīvu atgriezenisko saiti, lai nostiprinātu savienojumus un izmantotu tikai pareizo spēka un virziena daudzumu. Ja jums vajadzēja manuāli pielāgot šīs lietas sistēmā, kas nav pareiza, tas varētu padarīt lietas sarežģītākas. (Ir vērts atzīmēt, ka smadzenes ir ļoti labas, lai tās būtu „plastmasas” un pielāgotu, tāpēc tā var atrisināt savu problēmu, vienkārši modulējot savu produkciju, pamatojoties uz jūsu reakcijām.)

Šāda veida problēmas ir inženiertehniskas problēmas, un tās nav iespējams atrisināt. Kad šīs problēmas ir atrisinātas, spēja saskarties ar atsevišķiem neironiem varētu būt dziļa. Piemēram, jūsu smadzeņu “sakritības detektori” atklāj ienākošos neironu impulsus no vairākiem neironiem. Ja ievadīšanas laiks no abiem ir pietiekami tuvs, tas izraisīs impulsu nejaušības detektorā. Šo mehānismu izmanto vairākos kontekstos, no kuriem viens ir mācīšanās procesā.

Tā kā šis mehānisms ir lielisks, apvienojot dažādus neironu notikumus, tos var izmantot, lai veidotu koncepcijas, kas savieno galvas smadzeņu daļas, un tāpēc iemācīties jaunu ideju. Ja šo procesu varētu manuāli kontrolēt, tad var iedomāties Matrix-esque mācīšanās stilu, kurā sakritības detektori tiek manuāli aktivizēti, lai saistītu dažādas koncepcijas un veidotu domu, nekad nesakot pēdas klasē. Tomēr īstermiņā vienkārši neiespējami vienkārši bloķēt nepareizu signalizāciju Parkinsona slimnīcā. Meklējiet grafēnu, lai saglabātu vienmērīgu kustību - pirms iespējams padarīt atmiņas vieglāk iegūt vēlāk.