بهبود عملکرد ایمپلنت‌های مغزی با یک رویکرد جدید

به گزارش آی‌ای، این روش می‌تواند بدون تداخل با عملکردهای فیزیولوژیکی طبیعی بدن عمل کند.

بدن ما به عنوان بخشی از فرآیندهای فیزیولوژیکی منظم، سیگنال‌های الکتریکی کوچکی ایجاد می‌کند. این تکانه‌های الکتریکی برای اهداف مختلفی از جمله برقراری ارتباط بین نورون‌های مغز و عملکرد ماهیچه‌ها ایجاد می‌شود.

در سال‌های اخیر، دانشمندان از قدرت این سیگنال‌های الکتریکی طبیعی برای ایجاد رابط‌های مغز و رایانه (BCI) استفاده کرده‌اند. این ایمپلنت‌های مبتنی بر رابط مغز و رایانه قابلیت ثبت و تحریک نواحی مختلف مغز را دارند. پیش از این، این تیم قابلیت روشی به نام ارتباط الکتروکوازیستاتیک بدن انسان (EQS-HBC) را به نمایش گذاشت.

این فناوری استفاده از بدن انسان را به عنوان وسیله‌ای برای ارتباطات الکتریکی با فرکانس پایین بررسی می‌کند و از ویژگی‌های الکتریکی طبیعی بدن انسان برای انتقال داده‌ها بین دستگاه‌های الکترونیکی یا حسگرها استفاده می‌شود.

بایب‌هاب چاترجی (Baibhab Chatterjee) که این مطالعه را رهبری کرده است، می‌گوید: ارتباط داده با توان کم و در عین حال با پهنای باند بالا با استفاده از بافت بیولوژیکی به عنوان راهی برای انتقال سیگنال امکان‌پذیر شده است و ما به طور گسترده در پوردو، آن را هم برای استفاده در دستگاه‌های پوشیدنی‌ و هم ایمپلنت‌ها بررسی کرده‌ایم و نشان داده‌ایم که بافت یک کانال پهن باند در فرکانس‌های الکترو شبه‌استاتیک فراهم می‌کند.

با این حال، محققان در عملکرد دقیق این مفهوم با مشکل مواجه شدند. به دلیل بافت رسانایی که ایمپلنت را احاطه کرده بود، ارتباط محدود شد.

در این مطالعه جدید، آنها یک رویکرد دو فازی به نام «ارتباط مغزی شبه‌استاتیک دو فازی برای ایمپلنت‌های عصبی بی‌سیم» را دنبال کردند. اصطلاح شبه استاتیک به سیگنالی اشاره دارد که در فرکانس نسبتا پایین کار می‌کند.

چاترجی می‌گوید: در این مطالعه، ما روشی به نام ارتباط مغزی شبه‌استاتیک دو فازی (BP-QBC) را نشان دادیم که می‌تواند مصرف انرژی را با مرتبه‌ای بزرگ کاهش دهد؛ یعنی ۴۱ برابر در یک مگاهرتز کاهش دهد و کانال ارتباطی پهن باند کم مصرف ایجاد کند.

چاترجی در ادامه توضیح داد: علاوه بر این، به دلیل سیگنال‌دهی کاملا الکتروکوازیستاتیک، روش‌های ما در مقایسه با فناوری‌های رقیب مانند فراصوت، نوری و انتقال داده‌های مغناطیسی الکتریکی هیچ گونه آسیبی به فرآیند انتقال وارد نمی‌کند و در نتیجه تلفات انرژی سطح در سیستم کاهش می‌یابد و این یکی دیگر از مزایای منحصر به فرد این فناوری است.

این روش جدید برای برقراری ارتباط بی‌سیم بین مغز و رایانه راه را برای چشم اندازهای هیجان انگیز در توسعه ایمپلنت‌های مغزی آینده هموار می‌کند و پتانسیل ارزشمندی در درمان مشکلات پزشکی از جمله بیماری پارکینسون، سندرم تورت، صرع و افسردگی دارد.

نتایج این مطالعه در مجله Nature Electronics منتشر شده است.