Trådløst 'Neurograin' netværk forbinder til hjerne neuroner

Sensorpartiklerne registrerer uafhængigt elektriske impulser fremstillet af neuroner og sender signalerne til et centralt knudepunkt uden for kraniet til koordinering og behandling.

"En af de store udfordringer inden for hjerne-computergrænseflader er tekniske måder at probere så mange punkter i hjernen som muligt," sagde professor Arto Nurmikko. "Hidtil har de fleste hjerne-computergrænseflader været monolitiske enheder, lidt som små senge af nåle. Vores holds idé var at bryde op, at monolith i små sensorer, der kunne distribueres over cerebral cortex. "

Det fireårige projekt har haft to store udfordringer: krympning af elektronikken til detektion, forstærkning og transmission af neurale signaler til kornstørrelser og udvikling af det eksterne kommunikationsnav for at få signaler fra kornene og transmitterer strøm til dem. Den endelige modtager er et tyndt tommelfinger-printstørrelse, der fastgøres til hovedbunden, ved hjælp af en ~ laGhz-tovejs-transkutan forbindelse til kommunikation og kontrol.

"Dette arbejde var en sand tværfaglig udfordring," sagde Brown Researcher Jihun Lee. "Vi var nødt til at samle ekspertise inden for elektromagnetik, radiofrekvens kommunikation, kredsløbsdesign, fabrikation og neurovidenskab til at designe og betjene Neurograin-systemet."

I gnavereksperimentet placerede holdet kornene på cerebral cortex - hjernens ydre lag. Neurale stimulering blev forsøgt såvel som sensing, kontrolleret af samme eksterne hub.

Selvom kun 48 enheder monteret på gnaverhjerne, kan beregninger tyder på op til 770 enheder, kunne understøttes ved hjælp af en brugerdefineret Time-Division Multiple-Access-protokol. "I sidste ende forestiller holdet op til mange tusindvis af neurograins, som ville give et for øjeblikket uopnåeligt billede af hjerneaktiviteten" ifølge universitetet.

"Det var en udfordrende bestræbelse, da systemet kræver samtidig trådløs strømoverførsel og netværk ved Mega-bit-per-town-rate, og dette skal udføres under ekstremt stramt siliciumområde og effektbegrænsninger. Vores team skubbede konvolutten til distribuerede neurale implantater, "sagde Vincent Leung, en ingeniør på Baylor University, som arbejdede sammen med Brown University med University of California på San Diego og Qualcomm.

"Vores håb er, at vi i sidste ende kan udvikle et system, der giver nye videnskabelige indsigter i hjernen og nye terapier, der kan hjælpe folk, der er ramt af ødelæggende skader," sagde Browns Nurmikko.

Forskerne ser dette som trin mod et system, der ifølge Brown University kunne optage hjerne signaler i hidtil usete detaljer, hvilket fører til indsigt i hjernefunktion og terapier til mennesker med hjerne- eller spinalskader.

Den trådløse neurale grænseflade er beskrevet i 'neural optagelse og stimulering ved hjælp af trådløse netværk af mikroimplanter'. Et papir udgivet af Nature Electronics - Betaling er påkrævet for at læse hele artiklen.