Архив:

Neurophotonics: оптико-волоконный мозговой интерфейс

Несколько американских университетов в сотрудничестве с крупнейшими промышленными корпорациями США и при финансировании Министерства обороны США начали разработку оптико-волоконного мозгового интерфейса «Neurophotonics», который планируется использовать в создании протезов нового поколения, а также для восстановления нарушенных функций головного и спинного мозга, возникших в результате травм и различных заболеваний.

Технология «Neurophotonics» представляет собой интерфейс, предназначенный для восстановления утраченной связи между головным мозгом и различными органами и системами человеческого организма, а также поврежденными участками периферической нервной системы. Проще говоря - с помощью оптико-волоконного соединения можно будет подавать сигналы из головного мозга на мышцы и принимать сигналы от различных рецепторов (болевых, тактильных, температурных), а затем направлять в головной мозг.

Принципиальное отличие технологии «Neurophotonics» от существующих в настоящее время - огромная скорость передачи сигнала, а также возможность восстанавливать нервную проводимость в сотнях и тысячах нервных волокон.

Оптико-волоконный мозговой интерфейс планируется использовать в создании протезов верхних и нижних конечностей нового поколения.

Нынешние протезы довольно громоздки и неудобны, даже т.н. биомеханические протезы рук, в которых сигналы на электродвигатели подаются с вживленных в области груди датчиков. Причина в том, что сигналы передаются через обычный кабель, что ограничивает функциональный возможности протеза. В отличие от них протезы с оптико-волоконным интерфейсом, во-первых, будут гораздо более функциональными, т.е. количество и объем движений будет намного большим (в силу высокой скорости проведения сигнала и возможности реиннервации гораздо большего числа мышц, в т.ч. и мелких), во-вторых, станут «чувствительными», т.е. возвратят своему владельцу возможность ощущать давление и прикосновение, жар и холод.

Пока что это выглядит как описание персонажа Арнольда Шварцнеггера в фильме «Терминатор», но специалисты, задействованные в этом проекте, уверяют, что все это только выглядит фантастически, на самом деле уровень современных технологий и используемых в них материалов позволяют достичь поставленных задач.

В создании нового поколения протезов заинтересовано Министерство обороны США, которое и будет финансировать работы по этому проекту и выделило для этих целей $5 миллионов. Заинтересованность Пентагона в этой проблеме вполне объяснима - огромное число военнослужащих США в Ираке и Афганистане ежегодно получают ранения, приводящие к ампутации конечностей.

Однако создание нового поколения протезов - не единственное направление, где будет использована технология «Neurophotonics». Оптико-волоконный мозговой интерфейс планируется применять при травмах и заболеваниях головного и спинного мозга и периферических нервов. Импланты с использованием оптико-волоконного соединения помогут совершить настоящий прорыв в медицине и принципиально изменить подходы к лечению травм позвоночника, заболеваний, сопровождающихся тремором, хронической болью и многих других.

Исследователи из Южного методистского университета, одного из участников проекта, считают, что новая технология может помочь людям, страдающим заболеваниями, ранее считавшимися неизлечимыми или очень трудно поддающихся лечению, таким, например, как Кристофер Рив. «Потенциал данной технологии позволяет восстанавливать проводимость нервных волокон спинного мозга выше и ниже места повреждения», - говорит Марк Кристенсен, заведующий кафедрой электротехники Южного методистского университета, - «я уверен, что в конце концов мы сможем добиться этого».

Одной из проблем, которую предстоит решить специалистам, работающим над этим проектом, будет совмещение оптоволокна с живой тканью. Однако исследователи уверены, что с этим проблем возникнуть не должно, т.к. оптоволокно, в отличие от металлических проводов, не будет отторгаться иммунной системой организма.

Работа над проектом «Neurophotonics» объединяет исследователей из Южного методистского университета, Университета Вандербильта, Университета Case Western Reservey, Университета штата Техас в Далласе и Университета Северного Техаса. Научно-исследовательском центр «Neurophotonics» также включает промышленных партнеров проекта: Lockheed Martin (Aculight), Plexon, Texas Instruments, National Instruments и MRRA.

Группа специалистов, работающая над проектом «Neurophotonics» будет разрабатывать систему двухсторонней связи, которая сможет заменить нервные волокна человеческого организма и сконцентрирует свои усилия на создании волоконно-оптических датчиков для фиксирования и передачи нервных импульсов. «Члены исследовательской группы занимались разработкой отдельных частей этой системы на протяжении последних нескольких лет, но с началом федерального финансирования мы сможем заняться разработкой интегрированной системы, которая работает на клеточном уровне», - сказал Кристенсен.

Исследование основывается на последних достижениях университетов-партнеров в области световой стимуляции отдельных нервных клеток и разработки новых, чрезвычайно чувствительных оптических датчиков, которые разрабатываются в Южном методистском университете. В итоге предполагается создать полный двусторонний интерфейс, аналогов которому в настоящее время не существует. «Это произведет революцию в области мозговых интерфейсов», - заявил Кристенсен.

Писатели-фантасты давно описали ситуации, когда возможности человеческого мозга будут расширены за счет молниеносной скорости вычислительных технологий», - говорит Джеффри Орсак, декан Высшего технического училища Южного методистского университета, - «с началом этого исследования мы начали путешествие в будущее».

Использованы материалы Южного методистского университета и Агентства передовых оборонных исследовательских проектов

ПОСЛЕДНИЕ НОВОСТИ