Разработан оптоэлектронный интерфейс между мозгом и компьютером

В университете Брауна ученые создали оптоэлектронное имплантируемое устройство нового типа, обеспечивающее контроль за активностью клеток головного мозга с использованием световых импульсов. Как сообщается в журнале Nature Methods, этот микрозонд может по заданной пространственной схеме оптически стимулировать множественные нейроны коры головного мозга и регистрировать с миллисекундной точностью получаемую реакцию, что позволяет реконструировать воздействие, оказываемое возмущением на нервную систему.

Этапным достижением для учёных, занимающихся изучением функций мозга на уровне нейронов, стало зарождение в 2005 г. новой дисциплины, оптогенетики. В ней генетически изменённые нейроны использовались для экспрессирования на свои мембраны светочувствительных белковых молекул. Наличие таких протеинов даёт исследователям беспрецедентную возможность оптически контролировать — усиливать или подавлять — активность клеток мозга.

Однако, до сих пор отсутствовал инструмент, необходимый для того, чтобы в полной мере использовать потенциал оптогенетики — устройство, способное генерировать с высокой пространственной точностью распределение световых импульсов и считывать динамическую карту активности целого участка коры, а не отдельных нейронов. Имевшиеся зонды были слишком велики и значительное расстояние между излучателями и приёмниками (сотни микрон) делало неоднозначной связь между симулированным возмущением и полученными сигналами.

В компактном зонде, сконструированном в лаборатории профессора Арто Нурмикко (Arto Nurmikko), используются уникальные свойства оксида цинка — полупроводника с широкой запрещённой зоной. Полученное устройство оптически прозрачно, но тем не менее проводит электрический ток, что предоставляет возможность применять его как для стимуляции, так и для детектирования.

Инновационный метод микропроизводства был разработан в сотрудничестве с Сеульским Национальным университетом (Корея). Он позволил изготовить нужное устройство в виде микрочипа площадью всего несколько квадратных миллиметров с 16-микрометровыми «оптоэлектродами».

В ближайшем будущем авторы устройства рассчитывают оснастить его беспроводной связью и приступить к экспериментам по имплантированию интерфейса с сотнями контактов в мозг приматов. В дальнейшем, в зависимости от прогресса в технологиях оптогенетики, возможно будет перейти и к испытаниям с людьми.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI