homuncul

“Живые электроды” для стимуляции мозга

Идея в том, чтобы роль проводящего кабеля выполнял пучок нервных волокон, вживленных в мозг извне. Авторы радикально решают проблему биосовместимости. Вместо того чтобы искать новые материалы, стремясь снизить иммунный ответ, авторы берут обычные нейроны -- ведь аксон тоже принимает и передает электрический потенциал. Они презентуют концепцию “живых электродов”, которые не только полностью совместимы с тканью, но и растут в ней, точно связываясь с клетками нужного типа.

Нейроны сперва выращивают в полой трубке. Далее ее имплантируют в выбранное место коры, вводят как обычный зонд. Разница в том, что часть трубки, что находится внутри мозга, со временем рассасывается и остается лишь пучок нервных волокон -- по нему можно отправить сигнал в мозг.

В центре -- стандартный электрод, воздействие сильное, но нет избирательности. Справа -- оптрод, избирательность есть, но свет проникает неглубоко. Слева -- живой электрод: высокая избирательность, долгий срок службы, не требует введения вируса в ткани.

Нейроны можно вырастить из стволовых клеток самого человека, тогда организм примет их как своих. Можно их запрограммировать на синаптическую связь только с клетками определенного типа, что даст избирательность стимуляции. Нейронам (живым электродам) можно придать чувствительность к свету, заранее встроив ген светочувствительного белка. Тогда вспышка света запустит потенциал действия, и не нужно подводить ток. И конечно, нейроны в пучке можно по-разному запрограммировать и получить разные режимы стимуляции.

Опыты по выращиванию нейронов в трубках длиной 3.7 мм (А)  и 6 мм (В).

Очевидно, что такой живой электрод интегрируется в ткань мозга и будет работать дольше обычных зондов, гипотетически всю жизнь организма. Один аксон способен синаптически связаться с сотнями и даже тысячами клеток. Авторы пишут, что уже строят живые электроды, где от 5 000 до 50 000 нейронов в колонке, и она лишь в два раза толще человеческого волоса.

Пока идею, похожую на интерфейс из “Аватара”, толком не протестировали, но у авторов богатый опыт в тканевой инженерии.

Не уверен, что именно эта схема взлетит, но направление верное. Электроника будущего, нацеленная на интеграцию с телом, неизбежно будет гибридной. И чем более совместимой, мягкой и неощутимой она будет становиться, тем больше в ней начнет проступать черт живого.

“Engineered Axonal Tracts as “Living Electrodes” for Synaptic-Based Modulation of Neural Circuitry” | Advanced Functional Materials | doi: 10.1002/adfm.201701183

Мне примерно в этом направлении идея пришла после просмотра "Аватара". Может авторы тоже задумывались об анатомии косичек у обитателей Пандоры.



Edited at 2017-11-18 05:33 pm (UTC)
Да, очень возможно.
Или, наоборот, Кэмерон узнал, что ученые о чем-то подобном думают. В любом случае, теперь это уже не совсем сырая идея, уже сделаны и протестированы отдельные этапы. Полагаю, авторы продолжат разработки по этой теме.

Edited at 2017-11-18 05:37 pm (UTC)
У Кэмерона, BCI присутсвует, но работает совсем не так. У него там есть раса туземцев у которых есть натуральные косички которые позволяют общаться друг с другом и деревом-богом-мейнфреймом. И там явно эта косичка как то подсоединена к мозгу. Но там это всмысле само выросло.

Хотя конечно может быть и было, и BCI землян не стали таким делать из-за каких-нибудь предрассудков. Типа это ж вмешательство в "по образу и подобию" и вообще чуть ли не ГМО. А на пришельцах можно, у них же это естественно выросло.

Как будущему пользователю BCI запуганному "киберсклерозом" из Ghost in The Shell (там как раз проблемы с имплантами), эта технология BCI у меня вызывает гораздо больше доверия и желания поддержать и стать early adopter.

Так что я думаю в том что касается человеческих BCI, у этой технологии есть маркетинговое преимущество, как минимум.
А делать-то они что этими штуками собираются? Ну вот, допустим, вживили человеку такой селлектрод в кору (какую?). Допустим, он сделан на базе, скажем, серотонинэргических нейронов, его синапсы выделяют серотонин и действую только на те корковые нейроны, у которых есть рецепторы к серотонину. И что?

Допустим, даем мы некий входной сигнал. По живому электроду идет импульс, избирательно приходит в строго определенные нейроны. И - опять же - что?
Делаем связь с достаточно большим количеством нейронов в визуальной коре.

Подаем сигнал.

Дальше диалог (Клиент, Лаборант)

Бззз
К. - Что это было ?
Л- это круг
К. Что ?
Бззз
К. Что это було ?
Л. Это круг.
К. Да пошли вы все.
Бззз
К. Хорошо, хорошо это круг.
Бззз
К. Что это было ?
Л. Это крест.
....



Edited at 2017-11-18 06:00 pm (UTC)
Вот мне что-то такое и представляется.

И что? Вот мы, допустим, знаем, что сигнал подается в зрительную кору (кстати - а у получателя сигнала собственное-то зрение сохранно или нет?), а чудо-электрод передает его на Х-эргические нейроны. И что? Что они должны делать по замыслу? И откуда мы знаем, что они делали до того, как мы подключили к ним дополнительные синапсы?
Сохраняется ли собственное зрение для людей которые научились ориентироваться в пространстве с помощью электростимуляции языка, или обучились эхолокации ?

Если более серъезно. То я верю что мозг к этому приспособится. И я лично готов смириться с некоторой потерей возможностей обычного зрения если это мне позволит иметь преимущества BCI. Тем более тот протокол который я описал не единственно возможный.

Можно же допустим стимулировать нейроны и показывать человеку какие то картинки, и смотреть как это все соотносится, тогда скорее всего человека можно будет заставлять галлюцинировать достаточно специфичные вещи, не сильно меняя его коннектом. Есть же клипы на ютубе где примерно восстанавливают то что человек видит. Аналогичные приемы можно применять для тренировки личной нейросети которая будет собирать достаточно специфичную картинку даже если подключения к коннектому будут достаточно случайны.

Наши мозги достаточно хороши в интерполяции сигналов из плохих и отрывистых сигналов.
Можно будет играть в видеоигры с технологией VR, не засаживая зрение в очках VR.
На данном этапе это нужно для исследований. Сейчас вводят электроды либо оптроды и модулируют нейроны в мозге. Сложности известны: реакция на чужеродное тело, короткий срок службы, невысокая избирательность. Живые электроды призваны эти проблемы решить.

Дальше можно спекулировать, сгодится ли для реального интерфейса.
Вот для исследований - это я понимаю. Сразу приходят на ум головокружительно интересные вещи, которые можно сделать при помощи такой технологии. Относящиеся не столько даже к вопроиятию (хотя там тоже много чего можно), сколько к организации поведения.

Но меня смущает, что речь идет о человеке.
Про человека -- это гипотетические рассуждения. В той логике, что обычные электроды уже вводят (в клинических целях), и если живые будут по совокупности качеств лучше, то ими можно заменить очень грубые пока инструменты.
В пирамидную систему в место разрыва спинного мозга (встречно) такие трубочки вставить. И потом стимулировать, пока заново связи не образуются.
Вот! Первое, о чём подумала!)) (у меня два кота - спинальники)) )
боже это гениально
запишите меня в подопытные )