Нейроимпланты, нейроинтерфейсы, восстановление нервных путей

2023. Нейрочип NeuralTree предотвращает приступы эпилепсии



Инженеры из Федеральной политехнической школы Лозанны (Махса Шоаран и Стефани Лакур) разработали нейрочип NeuralTree, который мониторит приближение эпилептических приступов и препятствует их развитию. Устройство использует 256-канальную сенсорную матрицу с высоким разрешением и энергоэффективный процессор машинного обучения. Для обучения системы использовали биомаркеры, собранные при наблюдении за реальными пациентами с эпилепсией. При обнаружении нехороших паттернов в мозговых волнах, активируется нейростимулятор, расположенный на чипе, который посылает электрический импульс, чтобы заблокировать этот паттерн. Авторы исследования отмечают, что уникальность нейроинтерфейса в энергоэффективном многоканальном чипе. В предыдущих аналогичных устройствах было всего 32 сенсорных канала, что значительно ограничивало его производительность. Инженеры продолжат работу, чтобы добиться самоактуализации устройства: способности адаптироваться вслед за изменениями в нейронной сети головного мозга пациента.


2021. Создан мозговой имплант, который снимает любой тип боли без лекарств



Обычно хроническую боль глушат нейростимулятором в спинном мозге, однако это помогает от боли в ногах и спине, а вот с локализациями повыше - уже проблема. Ученые из Медицинской школы Гроссмана (Нью-Йорк) под руководством Джина Вонга и Валентино Мацциа, смогли создать имплант для головного мозга, который устраняет боль непосредственно там, где она воспринимается. Они нашли (в мозге крысы) область, которая активируются при боли, и область, активация которой компенсирует боль, и связали их посредством двух массивов микроэлектродов. Как только возникает боль - имплант активирует нейроны-компенсаторы боли. Его тестирование на моделях крыс показало впечатляющие результаты. Имплант хорошо справлялся с механической, хронической воспалительной и нейропатической болью в режиме реального времени.

2020. ARM создает мозговой имплант для парализованных людей



Оказывается, британский гигант цифровой электроники ARM (который разрабатывает чипы для всех смартфонов), активно занимается и медицинским направлением. В частности, совместно с Университетом штата Вашингтон, ARM разрабатывает мозговой имплант, который будет вживляться людям с повреждениями головного или спинного мозга. Он призван дать парализованным людям возможность не только полноценно двигать конечностями, но получать от них информацию. Так, чип позволит вновь чувствовать поверхность предметов и их температуру. Чип будет обмениваться данными со стимулятором, подключенным к спинному мозгу


2020. Создан нейроимплант, работающий от энергии магнитного поля



Современные имплантируемые нейростимуляторы работают от батарейки, и поэтому, эту батарейку приходится периодически заменять (а значит - проводить операцию). Ученые из Университета Райса под руководством Якоба Робинсона создали нейроимплант, который генерирует энергию из магнитного поля (а значит, батарейка может быть прикреплена за ухом, например). Ток генерируется с помощью двухслойной пленки. Один слой (металлический) - вибрирует в магнитном поле, второй (пьезоэлектрический) - генерирует ток. Без батарейки имплант можно сделать очень маленьким - меньше рисового зерна, и это позволит имплантировать его в мозг через кровеносные сосуды (а не сверля череп). Миниатюрные импланты для стимуляции работы мозга могут использоваться для лечения болезни Паркинсона, эпилепсии, депрессии, хронической боли и других состояний.


2020. Создан полимерный проводник для 3D-печати интерфейсов мозг-компьютер



Сейчас для реализации нейро-компьютерных интерфейсов в мозг вставляют металлические электроды. У них есть 2 недостатка. Во-первых, они слишком твердые и повреждают нейроны. Во-вторых, очень сложно сформировать матрицу таких электродов, т.к. 3D-притеры - не печатают металлом. Исследователи из MIT создали биосовместимый полимер, который проводит электрический ток и может быть впечатан 3D-принтером в любую структуру, твердую или мягкую, плоскую или объемную. Кроме того, этот полимер может соединяться и с металлическими проводниками - на первый взгляд - идеальное решение для интерфейса мозг-компьютер.


2020. Ученые вернули парализованному пациенту движение и осязание с помощью импланта



Команда ученых из института Баттеля (США) создала нейроинтерфейс для парализованного пациента, который 10 лет назад, занимаясь дайвингом, получил травму спинного мозга. Ему в мозг имплантировали чип, который реагирует на активизацию двигательных нейронов и активирует сенсорные нейроны кожной чувствительности. А в руку - электроды для стимуляции мышц и тактильной чувствительности. Таким образом, удалось создать систему, которая позволяет одновременно управлять движения руки и ощущением осязания. Правда, работает она пока только с громоздким компьютером, который интерпретирует сигналы мозга в импульсы электродов и обратно.


2019. Intel хочет создать нейрочип для травмированного спинного мозга



Компания Intel (совместно с Брауновским университетом) запустила двухлетний проект по созданию имплантируемого микрочипа, который позволит парализованным людям восстановить движение конечностей и контроль над мочевым пузырем после травм позвоночника. На первый взгляд, при травме спинного мозга - задача врачей - соединить оборванные нервные волокна. И зачем там нужен микропроцессор Intel? На самом деле в спинном мозге такое огромное количество нервных волокон, что соединить их пока не реально. Речь может идти только о распознавании общих паттернов нервной активности в спинном мозге, которые соответствуют основным движениям и командам (например, мочевому пузырю). Так вот для распознавания этих паттернов и нужен очень-очень сложный чип с нейросетью, который Intel хочет создать. На первых этапах имплант будут использовать для декодирования импульсов внешнюю компьютерную систему. Однако в дальнейшем он станет полностью автономным.


2016. Ученые восстановили функционирование парализованной ноги с помощью нейроимпланта


Ученые из Швейцарской высшей технической школы при поддержке компании Medtronic совершили большой шаг вперед в деле восстановления организма после травмы позвоночника. Сначала они записали паттерны нейросигналов в волокнах спинного мозга, иннервирующих ногу обезьяны. Потом заменили участок этих волокон нейроимплантом с нейростимулятором Medtronic (который имитирует записанные паттерны). Кроме того, в мозг обезьяне имплантировали еще один датчик, передающий возбуждение участка моторной коры мозга на нейростимулятор по беспроводной связи. В итоге, через несколько дней после операции обезьяна довольно неплохо восстановила способность ходить.


2016. Видео: парализованный человек снова может управлять рукой


Очень обидно, когда из-за небольшой травмы в шейном отделе позвоночника все тело (абсолютно здоровое) становится парализованным. Конечно, скоро медики научатся восстанавливать оборванные нервы, а пока они играются с нейроинтерфейсами. Команда разработчиков из университета Огайо создала для полностью парализованного парня систему связи между мозгом и рукой. В мозг имплантировали чип, улавливающий электрические сигналы мыслей. Затем эти сигналы преобразуются компьютером и направляются на матрицу электродов, которые активируют нужные мышцы руки. Сначала систему пришлось обучать: парню показывали на экране различные движения руки и фиксировали, какие области мозга у него при этом активируются.


2016. В Австралии разработали бионический спинной мозг


Для того, чтобы человек мог управлять экзоскелетом или бионическим протезом, как своей собственной конечностью, нужно как-то реализовать BMI-интерфейс (связь между мозгом и электроникой). На сегодняшний день такую связь реализуют с помощью вживления в мозг электродов, которые улавливают мозговые импульсы. Но, конечно, вживление железки в мозг - небезопасно, ведь приходится сверлить череп, повреждать кору мозга с риском занесения инфекции. Группа ученых из Унивеситета Мельбурна предложила другое решение - просунуть чувствительный электрод через вену из области груди аж в кровеносный сосуд в верхней части мозга. При этом не нужно сверлить, и мозг будет защищен от инфицирования гематоэнцефалическим барьером. А электрод сможет улавливать сигналы мозга и передавать их протезу, работая в роли бионического спинного мозга.


2015. Парализованный человек научился ходить с помощью интерфейса мозг-компьютер


Только недавно мы рассказывали о чудо-протезе руки, управляемой непосредственно из мозга, и вот уже сделан новый шаг в развитии данной технологии (причем, в прямом смысле). Ученые Калифорнийского университета смогли восстановить способность ходить у полностью парализованного человека. Управляющие сигналы считываются с его мозга с помощью шапочки, снимающей энцефалограмму и (минуя поврежденный спинной мозг) передаются на компьютер. Компьютер активирует электростимуляторы мышц ног и те сокращают нужные мышцы. Конечно пациенту (парализованному уже 5 лет) пришлось много тренироваться. На первом этапе он научился управлять аватаром в виртуальном пространстве, потом приступил к физическим тренировкам, чтобы нарастить мышцы.


2015. Протез руки интегрировали с мозгом



Мы уже писали о многих инновационных протезах руки, в том числе и о таких, которые позволяют не только управлять бионической рукой, но и чувствовать прикосновения. Но новый протез, созданный в Университете Джона Хопкинса под эгидой DARPA, все же заслуживает отдельного упоминания. Дело в том, что разработчики соединили управляющие провода протеза не с нервами руки или предплечья, а непосредственно с головным мозгом. Для этого пучки электродов были имплантированы в двигательную и сенсорную кору головного мозга человека. В ходе тестирования, пациент (с завязанными глаза) смог ***


2015. Видео: парализованный человек управляет робо-рукой и пьет пиво


Ученые из Калифорнийского технологического института иплантировали парализованному мужчине в мозг чип, который позволяет ему управлять роботизированной рукой при помощи силы мысли. Причем, управлять настолько точно, что даже можно выпить пива, не облившись. В отличие от других подобных решений, ученые задействовали заднюю теменную кору, а не секции мозга, которые отвечают за сокращение мышц. Она получает соматосенсорную, зрительную, вестибулярную и слуховую информацию от первичных сенсорных областей, т.е. отвечает не за движение, а за намерение двигаться. При этом человеку нет необходимости представлять само действие, а всего лишь подумать, что он хочет сделать. Именно это, суда по всему, открыло возможность достичь большей плавности по сравнению с аналогичными решениями.


2015. Новый имплантат вернет парализованным способность ходить


Повреждение позвоночника, в результате которого поврежден спинной мозг, до сих пор считалось приговором - человек никогда не сможет ходить (и вообще пользоваться органами, которые расположены ниже разрыва). И конечно, ученые и врачи давно знают, что можно соединить оборванные нервы при помощи искусственных электродов, но до сих пор не могли создать электроды, которые бы не вызывали воспаления и не обрывались бы при движениях. Первыми такой "поверхностный имплантант" (под названием e-Dura) создали в швейцарском институте EPFL в Лозанне. Он гибкий, растягивающийся и вместе с электродами содержит микроканалы для доставки фармакологических препаратов, предотвращающих воспаление. Ученым удалось установить такой имплантант крысе с поврежденным позвоночником, так что она смогла снова ходить.


2014. Видео: новая технология позволяет парализованному человеку управлять рукой


Американская организация Battelle тестирует технологию для восстановления контроля над парализованными частями тела. Их подопытный - Ян - четыре года назад сломал шею, в результате почти все его тело оказалось парализованным. Однако, на видео - он вновь двигает правой рукой. Технология Battelle заключается в имплантации специального чипа (размер чипа ***


2014. Чинить спинной мозг или проложить в обход электроды?



Обычно человек, получивший серьезную травму позвоночника обречен всю жизнь оставаться парализованным по одной простой причине - повреждение спинного мозга. Почему-то спинной мозг не восстанавливается, в отличии от нервов периферической нервной системы. Ученые Имперского колледжа Лондона узнали почему. Ему не хватает определенного белка P300/CBP. Они ввели этот белок мышам и у тех спинной мозг частично восстановился. А вот ученые из Чикагского Северозападного Университета решили не цацкаться со спинным мозгом, а соединить конечности с головным мозгом напрямую - посредством электродов. Свои опыты они пока проводят на обезьянах, и весьма успешно. Они заморозили нервы, идущие к руке и проложили электроды от головного мозга к мышцам руки. В результате обезьянка может закидывать мячик в колечко с помощью силы мысли и нескольких проводов.


2009. Синтезатор речи для парализованных людей подключили прямо к мозгу



Некоторые болезни нервной системы и головного мозга (например, БАС) лишают человека возможности не только двигаться, но и говорить. Для помощи таким пациентам разрабатываются технологии считывания сигналов мозга. Правда, до сих пор эти попытки были направлены на простейшее управление курсором на экране (вверх, вниз, влево, вправо). А вот американский стартап Neural Signals решил пойти значительно дальше и попробовать подключить к мозгу синтезатор речи. Для этого они имплантировали в мозг добровольца приемопередатчик, электроды которого подсоединены к определенным точкам в коре мозга. Синтезатор срабатывает за 50 миллисекунд, а это время, за которое у здорового ***