Miscellaneous

Một ngày nào đó, các ‘hạt thần kinh’ nhỏ bé có thể kích thích hoạt động của não

Source image

Một ý tưởng mới cho hệ thống giao diện não-máy tính trong tương lai sử dụng một mạng lưới phối hợp các “hạt thần kinh”, các cảm biến hiển vi không dây, độc lập, mỗi cảm biến có kích thước bằng một hạt muối, để ghi lại và kích thích hoạt động của não.

Giao diện não-máy tính (Brain-Computer Interfaces – BCIs) là thiết bị hỗ trợ mới nổi có thể giúp những người bị chấn thương não hoặc cột sống di chuyển hoặc giao tiếp một ngày nào đó. Hệ thống BCI phụ thuộc vào các cảm biến có thể cấy ghép ghi lại các tín hiệu điện trong não và sử dụng các tín hiệu đó để điều khiển các thiết bị bên ngoài như máy tính hoặc bộ phận giả bằng robot.

Hầu hết các hệ thống BCI hiện tại sử dụng một hoặc hai cảm biến để lấy mẫu lên đến vài trăm tế bào thần kinh, nhưng các nhà khoa học thần kinh quan tâm đến các hệ thống có thể thu thập dữ liệu từ các nhóm tế bào não lớn hơn nhiều.

Các tế bào thần kinh mới ghi lại một cách độc lập các xung điện được tạo ra bằng cách bắn các tế bào thần kinh và gửi tín hiệu không dây đến một trung tâm trung tâm, nơi điều phối và xử lý các tín hiệu.

Ghi âm và kích thích não bộ

Trong một nghiên cứu trên tạp chí Nature Electronics, các nhà nghiên cứu đã chứng minh việc sử dụng gần 50 hạt thần kinh tự trị như vậy để ghi lại hoạt động thần kinh ở một loài gặm nhấm.

Họ nói, kết quả là một bước tiến tới một hệ thống mà một ngày nào đó có thể cho phép ghi lại các tín hiệu não với độ chi tiết chưa từng có, dẫn đến những hiểu biết mới về cách thức hoạt động của não và các liệu pháp mới cho những người bị chấn thương não hoặc cột sống.

Tác giả cấp cao Arto Nurmikko, giáo sư tại Trường Kỹ thuật của Đại học Brown cho biết: “Một trong những thách thức lớn trong lĩnh vực giao diện não-máy tính là các cách thức kỹ thuật để thăm dò càng nhiều điểm trong não càng tốt.

“Cho đến nay, hầu hết các BCI đều là các thiết bị nguyên khối — hơi giống như những chiếc kim nhỏ. Ý tưởng của nhóm chúng tôi là chia khối đá nguyên khối đó thành các cảm biến nhỏ có thể phân bố trên vỏ não. Đó là những gì chúng tôi có thể chứng minh ở đây.”

Nhóm nghiên cứu đã bắt đầu công việc phát triển hệ thống cách đây khoảng 4 năm. Nurmikko, người liên kết với Viện Khoa học Não bộ Carney của Brown, cho biết thách thức này gấp hai lần.

Phần đầu tiên yêu cầu thu nhỏ các thiết bị điện tử phức tạp liên quan đến việc phát hiện, khuếch đại và truyền tín hiệu thần kinh vào các chip hạt thần kinh silicon nhỏ bé. Đầu tiên, nhóm thiết kế và mô phỏng thiết bị điện tử trên máy tính, đồng thời trải qua một số lần lặp lại chế tạo để phát triển các chip hoạt động.

Thách thức thứ hai là phát triển trung tâm liên lạc bên ngoài cơ thể nhận tín hiệu từ những con chip nhỏ đó. Thiết bị này là một miếng dán mỏng, có kích thước bằng ngón tay cái, dán vào da đầu bên ngoài hộp sọ.

Nó hoạt động giống như một tháp điện thoại di động thu nhỏ, sử dụng một giao thức mạng để điều phối các tín hiệu từ các tế bào thần kinh, mỗi tín hiệu trong số đó có địa chỉ mạng riêng. Bản vá cũng cung cấp năng lượng không dây cho các tế bào thần kinh, được thiết kế để hoạt động bằng cách sử dụng một lượng điện tối thiểu.

Tác giả chính Jihun Lee, một nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Brown, cho biết: “Công việc này là một thách thức đa ngành thực sự. Chúng tôi phải tập hợp chuyên môn về điện từ học, truyền thông tần số vô tuyến, thiết kế mạch, chế tạo và khoa học thần kinh để thiết kế và vận hành hệ thống hạt thần kinh.”

Tương lai của neurograins

Mục tiêu của nghiên cứu mới là chứng minh rằng hệ thống này có thể ghi lại các tín hiệu thần kinh từ não sống — trong trường hợp này là não của loài gặm nhấm. Nhóm nghiên cứu đã đặt 48 hạt thần kinh lên vỏ não, lớp ngoài của não, và ghi lại thành công các tín hiệu thần kinh đặc trưng liên quan đến hoạt động tự phát của não.

Nhóm nghiên cứu cũng đã kiểm tra khả năng kích thích não của các thiết bị cũng như ghi lại từ đó. Sự kích thích được thực hiện bằng các xung điện cực nhỏ có thể kích hoạt hoạt động thần kinh. Các sự kích thích được thúc đẩy bởi cùng một trung tâm điều phối quá trình ghi âm thần kinh nhà nghiên cứu hy vọng rằng và một ngày nào đó có thể khôi phục chức năng não bị mất do bệnh tật hoặc chấn thương.

Kích thước não của động vật giới hạn nhóm nghiên cứu ở 48 hạt thần kinh cho nghiên cứu này, nhưng dữ liệu cho thấy cấu hình hiện tại của hệ thống có thể hỗ trợ lên đến 770. Cuối cùng, nhóm nghiên cứu hình dung ra quy mô lên đến hàng nghìn hạt thần kinh, điều này sẽ cung cấp một bức tranh hiện không thể đạt được về hoạt động của não.

Vincent Leung, giáo sư trong khoa kỹ thuật điện và máy tính tại Đại học Baylor, một cộng sự cho biết: “Đó là một nỗ lực đầy thử thách, vì hệ thống yêu cầu truyền điện và kết nối mạng không dây đồng thời ở tốc độ mega-bit-per-giây, và điều này phải được thực hiện trong điều kiện hạn chế về nguồn và diện tích silicon cực kỳ chặt chẽ. Nhóm của chúng tôi đã đẩy phong bì để cấy ghép thần kinh phân tán.”

Còn nhiều việc phải làm để biến hệ thống hoàn chỉnh đó thành hiện thực, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết nghiên cứu này đại diện cho một bước quan trọng theo hướng đó.

Nurmikko nói: “Hy vọng của chúng tôi là cuối cùng có thể phát triển một hệ thống cung cấp những hiểu biết khoa học mới về não bộ và các liệu pháp mới có thể giúp những người bị ảnh hưởng bởi những nghiêm trọng tổn thương”.

Các đồng tác giả bổ sung đến từ Đại học California, San Diego; Qualcomm; Đại học Baylor; và Đại học Brown. Cơ quan Dự án Nghiên cứu Tiên tiến Quốc phòng đã tài trợ cho công việc này.

Nguồn: Futurity

Phương pháp chính là biểu hiện của trí tuệ. Ai ai cũng có sẵn tiềm năng sử dụng trí tuệ của mình để vận hành công việc, cuộc sống. Những công cụ mạnh để hỗ trợ chúng ta đưa ra các giải pháp tối ưu cho các khó khăn đã được xây dựng từ rất lâu bởi nhà khoa học người Nga. Nếu bạn quan tâm đến việc cải thiện khả năng giải quyết vấn đề và ra quyết định một cách mới mẻ, nhanh chóng thì khóa học PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO và ĐỔI MỚI tại Trung tâm Sáng tạo Khoa học–kỹ thuật (TSK) thuộc trường Khoa Học Tự Nhiên là một lựa chọn phù hợp. Bạn có thể điền thông tin tại đây hoặc liên hệ số điện thoại: (028) 38 301 743; 089 668 36 31 để thực hiện đăng ký.

You may also like...