Mühendislik araştırmacıları, esnek ve kalıplanabilir bir destek ve nüfuz eden mikro iğneler ile gelişmiş bir beyin-bilgisayar arayüzü icat ettiler. Bu tür bir beyin-bilgisayar arayüzüne esnek bir destek eklemek, cihazın beynin karmaşık kavisli yüzeyine daha eşit bir şekilde uymasını ve korteksi delen mikroiğneleri daha düzgün bir şekilde dağıtmasını sağlar. İnsan saçından 10 kat daha ince olan mikro iğneler, esnek destekten dışarı çıkar, yüzey damarlarını delmeden beyin dokusunun yüzeyine nüfuz eder ve korteksin geniş bir alanı boyunca yakındaki sinir hücrelerinden gelen sinyalleri eşit olarak kaydeder.
Bu yeni beyin-bilgisayar arayüzü şimdiye kadar kemirgenlerde test edilmiştir. Bu çalışma, California San Diego Üniversitesi’ndeki elektrik mühendisliği profesörü Shadi Dayeh’in laboratuvarındaki bir ekip ve Boston Üniversitesi’ndeki biyomedikal mühendisliği profesörü Anna Devor tarafından yönetilen araştırmacılar tarafından yönetiliyor.
Bu yeni beyin-bilgisayar arayüzü, nüfuz eden mikroiğnelere sahip beyin-bilgisayar arayüzleri için mevcut altın standart olan “Utah Dizisi” ile eşittir ve ondan daha iyi performans gösterir. Utah Dizisinin inme kurbanlarına ve omurilik yaralanması olan kişilere yardımcı olduğu gösterilmiştir. Utah Dizileri implante edilmiş kişiler, hareketli nesneler gibi bazı günlük aktiviteleri eski haline getirmek için düşüncelerini robotik uzuvları ve diğer cihazları kontrol etmek için kullanabilirler. Daha fazla bilgi için, İstilacı ve İstilacı Olmayan Sinir Arayüzleri: Tahminler ve Uygulamalar 2018-2028 hakkındaki IDTechEx raporuna bakın.
Yeni beyin-bilgisayar arayüzünün desteği esnek, uyumlu ve yeniden yapılandırılabilirken, Utah Dizisi sert ve esnek olmayan bir desteğe sahip. Yeni mikroiğne dizisinin desteğinin esnekliği ve uygunluğu, beyin ve elektrotlar arasında daha yakın teması desteklemektedir, bu da beyin aktivitesi sinyallerinin daha iyi ve daha düzgün bir şekilde kaydedilmesine olanak tanır. Model türler olarak kemirgenlerle çalışan araştırmacılar, 196 gün süren implant süresi boyunca sağlam sinyaller üreten kararlı geniş bant kayıtları gösterdiler.
Ek olarak, yumuşak destekli beyin-bilgisayar arayüzlerinin üretilme şekli, daha büyük algılama yüzeylerine izin verir; bu, beyin yüzeyinin önemli ölçüde daha büyük bir alanının aynı anda izlenebileceği anlamına gelir. Advanced Functional Materials makalesinde araştırmacılar, 1.024 mikroiğneli delici bir mikroiğne dizisinin, farelerin beyinlerinden gelen hassas uyaranlarla tetiklenen sinyalleri başarıyla kaydettiğini gösteriyorlar. Bu, mevcut teknolojilere kıyasla on kat daha fazla mikroiğne ve on kat beyin kapsama alanını temsil eder.
Daha ince ve şeffaf sırtlar
Bu yumuşak destekli beyin-bilgisayar arayüzleri, bu tür beyin-bilgisayar arayüzlerinin geleneksel cam desteklerinden daha ince ve daha hafiftir. Araştırmacılar, Advanced Functional Materials makalelerinde, hafif, esnek desteklerin, sensör dizileriyle temas eden beyin dokusunun tahrişini azaltabileceğini belirtiyorlar.
Esnek arkalıklar da şeffaftır. Yeni makalede, araştırmacılar, bu şeffaflığın, hayvan modellerini içeren temel sinirbilim araştırmalarını yapmak için kullanılabileceğini, aksi takdirde mümkün olmayacağını gösteriyor. Örneğin ekip, optogenetik fotostimülasyonun yanı sıra nüfuz eden mikro iğne dizilerinden eşzamanlı elektrik kaydı gösterdi.
İki taraflı litografik üretim
Yeni beyin sensörlerinin desteğinin esnekliği, daha büyük mikro iğne dizisi ayak izleri, yeniden yapılandırılabilirliği ve şeffaflığı, araştırmacıların kullandığı çift taraflı litografi yaklaşımı sayesindedir.
Kavramsal olarak, sert bir silikon levhadan başlayarak, ekibin üretim süreci, katı silikon levhanın her iki tarafında mikroskobik devreler ve cihazlar oluşturmalarına olanak tanır. Bir tarafta silikon gofret üzerine esnek, şeffaf bir film eklenir. Bu film içinde, bir çift katmanlı titanyum ve altın izleri gömülüdür, böylece izler silikon gofretin diğer tarafında iğnelerin üretileceği yerle hizalanır. Daha fazla bilgi için, Şeffaf Elektronik Malzemeler, Piyasalar 2021-2041 hakkındaki IDTechEx raporuna bakın.
Diğer taraftan bakıldığında, esnek film eklendikten sonra, serbest duran, ince, sivri uçlu silikon sütunlar dışında tüm silikon kazınarak uzaklaştırılır. Bu sivri uçlu silikon sütunlar aslında mikroiğnelerdir ve tabanları, silikon aşındırıldıktan sonra kalan esnek tabaka içindeki titanyum-altın izleriyle hizalanır. Bu titanyum-altın izleri, standart ve ölçeklenebilir mikrofabrikasyon teknikleri ile desenlendirilir ve minimum el emeği ile ölçeklenebilir üretime olanak tanır. Üretim süreci, esnek dizi tasarımı ve on binlerce mikro iğneye ölçeklenebilirlik imkanı sunar.
Kapalı çevrim sistemlere doğru
Geleceğe bakıldığında, beyin-makine arayüzlerini ciddi şekilde sınırlı hareket kabiliyetine sahip bireylere yardımcı olabilecek “kapalı döngü sistemlerinde” kullanılabilecekleri noktaya kadar geliştirmek için geniş uzaysal kapsama alanına sahip nüfuz eden mikroiğne dizilerine ihtiyaç duyulacaktır. Örneğin, bu tür bir kapalı döngü sistemi, robotik bir el kullanan bir kişiye, robotik elin tuttuğu nesneler hakkında gerçek zamanlı taktiksel geri bildirim sunabilir.
Robotik eldeki dokunsal sensörler, bir nesnenin sertliğini, dokusunu ve ağırlığını algılar. Sensörler tarafından kaydedilen bu bilgi, vücudun dışındaki teller aracılığıyla beyin-bilgisayar arayüzüne nüfuz eden mikroiğneler ile ilerleyen elektriksel stimülasyon modellerine çevrilecektir. Bu elektrik sinyalleri, kişinin beynine nesnenin sertliği, dokusu ve ağırlığı hakkında doğrudan bilgi sağlar. Buna karşılık, kişi, doğrudan robotik koldan algılanan bilgilere dayanarak kavrama gücünü ayarlayacaktır.
Bu, mikroiğne dizilimlerinin beyne uyması ve beynin “komuta” ve “geri bildirim” merkezleri boyunca aktiviteyi koordine etmesi için daha büyük hale getirildiğinde mümkün olabilecek kapalı döngü sistem türünün sadece bir örneğidir. Daha önce Dayeh laboratuvarı, bu tür bir uygulama için gerekli olan dokunsal sensör çeşitlerini icat etti ve gösterdi.
Defence and Strategic Mind 