कैसे नए प्रत्यारोपण कंप्यूटर के लिए लिंक दिमाग की मदद कर रहे हैं

प्रदर्शन whiteMocca / Shutterstock, सीसी द्वारा एसए

साइबोर्ग अब साइंस फिक्शन नहीं हैं। मस्तिष्क-मशीन इंटरफेस (बीएमआई) के क्षेत्र - जो इलेक्ट्रोड का उपयोग करते हैं, अक्सर मस्तिष्क में प्रत्यारोपित किया जाता है, जो बाह्य प्रणालियों जैसे कि कंप्यूटर या रोबोट बांह को नियंत्रित करने में सक्षम न्यूरोनल जानकारी का अनुवाद करने के लिए होता है - वास्तव में कुछ समय के लिए आसपास रहे हैं। एंटरप्रेन्योर एलोन मस्क की कंपनी न्यूरलंक को निशाना बनाना है उनके बीएमआई सिस्टम का परीक्षण करें 2020 के अंत तक एक मानव रोगी पर।

लंबे समय में, बीएमआई उपकरण न्यूरोलॉजिकल विकारों के लक्षणों की निगरानी और इलाज में मदद कर सकते हैं और कृत्रिम अंगों को नियंत्रित कर सकते हैं। लेकिन वे कृत्रिम बुद्धिमत्ता को डिजाइन करने के लिए एक खाका भी प्रदान कर सकते हैं और यहां तक ​​कि प्रत्यक्ष मस्तिष्क से मस्तिष्क संचार भी सक्षम कर सकते हैं। हालांकि, समय के लिए, मुख्य चुनौती बीएमआई विकसित करना है जो आरोपण और संचालन के दौरान मस्तिष्क के ऊतकों और कोशिकाओं को नुकसान पहुंचाने से बचते हैं।

बीएमआई एक दशक से अधिक समय से है, जो उन लोगों की मदद करते हैं जो क्षमता खो चुके हैं उनके अंगों को नियंत्रित करने के लिए, उदाहरण के लिए। हालांकि, पारंपरिक प्रत्यारोपण - अक्सर सिलिकॉन से बने होते हैं - वास्तविक मस्तिष्क के ऊतकों की तुलना में परिमाण के क्रम के आदेश हैं, जो आगे बढ़ता है अस्थिर रिकॉर्डिंग और क्षति मस्तिष्क ऊतक के लिए।

वे भी एक के लिए नेतृत्व कर सकते हैं प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया जिसमें मस्तिष्क प्रत्यारोपण को खारिज कर देता है। इसका कारण यह है कि हमारा मानव मस्तिष्क एक संरक्षित किले की तरह है, और न्यूरोइम्यून सिस्टम-इस बंद किले में सैनिकों की तरह - यह रोगजनकों या बीएमआई जैसे घुसपैठियों से न्यूरॉन्स (मस्तिष्क की कोशिकाओं) की रक्षा करेगा।

लचीले उपकरण

क्षति और प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं से बचने के लिए, शोधकर्ता तथाकथित "लचीले बीएमआई" के विकास पर ध्यान केंद्रित कर रहे हैं। ये सिलिकॉन प्रत्यारोपण की तुलना में बहुत नरम हैं और वास्तविक मस्तिष्क ऊतक के समान हैं।

कैसे नए प्रत्यारोपण कंप्यूटर के लिए लिंक दिमाग की मदद कर रहे हैं हजारों लचीले इलेक्ट्रोड के दसियों का एक वेफर, प्रत्येक एक बाल की तुलना में बहुत छोटा है। स्टीव जुर्वेत्सन / फ़्लिकर, सीसी द्वारा एसए

उदाहरण के लिए, न्यूरालिंक ने अपना पहला डिज़ाइन बनाया लचीला "धागे" और आवेषण - छोटे, थ्रेड जैसी जांच, जो पिछले प्रत्यारोपण की तुलना में बहुत अधिक लचीली हैं - मानव मस्तिष्क को सीधे कंप्यूटर से जोड़ने के लिए। ये मस्तिष्क सर्जरी के दौरान सम्मिलन के बाद इलेक्ट्रोड को खारिज करने वाले मस्तिष्क की प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया की संभावना को कम करने के लिए डिज़ाइन किए गए थे।


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इस बीच, शोधकर्ताओं से लिबर समूह हार्वर्ड विश्वविद्यालय में हाल ही में एक मिनी मेष जांच की रूपरेखा तैयार की गई है जो वास्तविक न्यूरॉन्स की तरह दिखाई देती है ताकि मस्तिष्क दोषों की पहचान न कर सके। इन जैव-प्रेरित इलेक्ट्रॉनिक्स प्लैटिनम इलेक्ट्रोड और अल्ट्रा-पतली सोने के तारों से मिलकर एक बहुलक द्वारा आकार और लचीलेपन के साथ न्यूरॉन सेल बॉडी और तंत्रिका तंत्रिका फाइबर के समान लचीले होते हैं।

कृन्तकों पर शोध से पता चला है कि ऐसा न्यूरॉन जैसी जांच मस्तिष्क में डालने पर प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को ग्रहण न करें। वे न्यूरॉन्स के कार्य और प्रवास दोनों की निगरानी करने में सक्षम हैं।

कोशिकाओं में घूम रहा है

आज इस्तेमाल किए जाने वाले अधिकांश बीएमआई विद्युत मस्तिष्क संकेतों को उठाते हैं जो न्यूरॉन्स के बाहर लीक होते हैं। अगर हम तंत्रिका संकेत के बारे में सोचते हैं जैसे कि एक कमरे के अंदर उत्पन्न ध्वनि, रिकॉर्डिंग का वर्तमान तरीका इसलिए कमरे के बाहर ध्वनि को सुनना है। दुर्भाग्य से, संकेत की तीव्रता दीवार के फ़िल्टरिंग प्रभाव से बहुत कम हो जाती है - न्यूरॉन झिल्ली।

उदाहरण के लिए कृत्रिम अंगों का अधिक नियंत्रण बनाने के लिए सबसे सटीक कार्यात्मक रीडिंग प्राप्त करने के लिए, इलेक्ट्रॉनिक रिकॉर्डिंग उपकरणों को न्यूरॉन्स के इंटीरियर तक सीधे पहुंच प्राप्त करने की आवश्यकता है। इस इंट्रासेल्युलर रिकॉर्डिंग के लिए सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली पारंपरिक विधि "पैच क्लैंप इलेक्ट्रोड" है: एक खोखले ग्लास ट्यूब जिसमें एक इलेक्ट्रोलाइट समाधान और एक रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड भरा होता है जो एक पृथक सेल की झिल्ली के संपर्क में लाया जाता है। लेकिन एक माइक्रोमीटर चौड़ा टिप कोशिकाओं को अपरिवर्तनीय क्षति का कारण बनता है। क्या अधिक है, यह एक समय में केवल कुछ कोशिकाओं को रिकॉर्ड कर सकता है।

इन मुद्दों को हल करने के लिए, हमने हाल ही में एक विकसित किया है हेयरपिन की तरह 3D नैनोवायर ट्रांजिस्टर सरणी और इसका उपयोग कई न्यूरॉन्स से इंट्रासेल्युलर इलेक्ट्रिकल गतिविधियों को पढ़ने के लिए किया। महत्वपूर्ण रूप से, हम बिना किसी पहचान के सेलुलर क्षति के बिना ऐसा करने में सक्षम थे। हमारे nanowires बेहद पतले और लचीले हैं, और आसानी से हेयरपिन आकार में झुक जाते हैं - ट्रांजिस्टर केवल 15x15x50 नैनोमीटर के बारे में हैं। यदि एक न्यूरॉन एक कमरे के आकार का था, तो ये ट्रांजिस्टर एक दरवाजे के लॉक के आकार के बारे में होंगे।

एक पदार्थ है कि एक कोशिका झिल्ली की भावना की नकल के साथ लेपित, इन अल्ट्रा छोटे, लचीला, nanowire जांच कम से कम प्रयास के साथ कोशिका झिल्ली को पार कर सकते हैं। और वे अपने सबसे बड़े प्रतियोगी के रूप में सटीकता के समान स्तर के साथ इंट्रासेल्युलर चटर रिकॉर्ड कर सकते हैं: पैच क्लैंप इलेक्ट्रोड।

स्पष्ट रूप से ये अग्रिम सटीक और सुरक्षित बीएमआई की दिशा में महत्वपूर्ण कदम हैं जो आवश्यक होंगे यदि हम कभी भी मस्तिष्क से मस्तिष्क तक संचार जैसे जटिल कार्यों को प्राप्त कर सकें।

यह थोड़ा डरावना लग सकता है, लेकिन अंततः, अगर हमारे चिकित्सा पेशेवरों को हमारे शरीर को बेहतर ढंग से समझना जारी रखना है और हमें बीमारियों का इलाज करने और लंबे समय तक जीने में मदद करना है, तो यह महत्वपूर्ण है कि हम उन्हें सर्वोत्तम संभव देने के लिए आधुनिक विज्ञान की सीमाओं को आगे बढ़ाएं। अपने काम करने के लिए उपकरण। यह संभव होने के लिए, मनुष्यों और मशीनों के बीच एक न्यूनतम इनवेसिव चौराहा अपरिहार्य है।वार्तालाप

लेखक के बारे में

यूनलॉन्ग झाओ, ऊर्जा भंडारण और बायोइलेक्ट्रॉनिक में व्याख्याता, सरे विश्वविद्यालय

इस लेख से पुन: प्रकाशित किया गया है वार्तालाप क्रिएटिव कॉमन्स लाइसेंस के तहत। को पढ़िए मूल लेख.

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