บนปลายนิ้วของเรา
นิยายวิทยาศาสตร์ที่มีสายเชื่อมต่อสมองกับคอมพิวเตอร์อาจล้าสมัยไปแล้ว การปลูกถ่ายแบบไร้สายซึ่งแต่ละชิ้นมีขนาดเล็กกว่าเมล็ดข้าว สามารถทำหน้าที่เป็น "ฝุ่นประสาท" ที่สามารถสแกนและกระตุ้นเซลล์สมองได้ภายในหนึ่งวัน วันหนึ่งการวิจัยดังกล่าวอาจช่วยนำไปสู่อินเทอร์เฟซเครื่องสมองยุคต่อไปในการควบคุม ขาเทียม โครงกระดูกภายนอก และหุ่นยนต์ ตลอดจน “ไฟฟ้า” เพื่อรักษาความผิดปกติของสมองและ ร่างกาย.
ต้นแบบใหม่นี้สร้างโดยนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่เบิร์กลีย์ โดยแต่ละอันมีความยาวประมาณ 3 มิลลิเมตร สูง 1 มิลลิเมตร และหนา 4/5 มิลลิเมตร ฝุ่นในระบบประสาทแต่ละตัวมีคริสตัลเพียโซอิเล็กทริกที่สามารถแปลงพลังงานกลจากพัลส์อัลตราโซนิกที่ถ่ายทอดจากภายนอกร่างกายเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานจากพัลส์อัลตราโซนิก 60 พัลส์เหล่านี้กระจายไปในแต่ละวินาทีขับเคลื่อนเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ บนมลทิน
ผลึกเพียโซอิเล็กทริกสะท้อนพัลส์อัลตราโซนิกบางส่วนที่เข้ามา อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในฝุ่นผงในระบบประสาทสามารถเปลี่ยนพัลส์ที่กระจัดกระจายออกไปด้านนอกได้ และสามารถส่งข้อมูลที่รวบรวมมาแบบไร้สายได้ ในการทดลองกับหนู นักวิจัยพบว่าฝุ่นละอองประสาทที่ฝังอยู่ในเส้นประสาทและเส้นใยกล้ามเนื้อที่ขาสามารถบันทึกและส่งข้อมูลทางไฟฟ้าได้
“ตอนแรกฉันไม่เชื่อแนวคิดนี้จริงๆ เพราะมันออกนอกกรอบมาก” กล่าว ดั๊ก เวเบอร์วิศวกรชีวภาพและนักประสาทวิทยาที่ DARPA ผู้ช่วยให้ทุนสนับสนุนการวิจัยฝุ่นประสาท “แต่มันเป็นแนวทางที่หรูหราจริงๆ และใช้งานได้ค่อนข้างดี”
นักวิจัยต้องการสร้างการปลูกถ่ายแบบไร้สายเพื่อหลีกเลี่ยงการระคายเคืองต่อร่างกาย การปลูกถ่ายอิเล็กทรอนิกส์แบบทั่วไปที่เชื่อมต่อกับเส้นประสาทต้องอาศัยสายไฟอย่างมากซึ่งอาจทำให้เนื้อเยื่ออักเสบเมื่อเวลาผ่านไป
“แนวทางที่พวกเขาดำเนินการอยู่นั้นช่างชาญฉลาด” จาค็อบ โรบินสัน วิศวกรประสาทวิทยาจากมหาวิทยาลัยไรซ์ ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้กล่าว “พวกเขาได้จัดการกับความท้าทายที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งเมื่อพูดถึงอินเทอร์เฟซแบบนิวรัล”
ภายในร่างกาย
ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์เคยสำรวจโดยใช้คลื่นวิทยุเพื่อให้พลังงานและสื่อสารกับเศษฝุ่นในระบบประสาท อย่างไรก็ตาม คลื่นวิทยุไม่สามารถเข้าถึงส่วนลึกภายในร่างกายได้ ในขณะที่การถ่ายภาพอัลตราโซนิกมานานหลายทศวรรษได้เผยให้เห็นพัลส์อัลตราโซนิก สามารถเจาะเนื้อเยื่ออ่อนได้ดีมาก นักวิจัย Michel Maharbiz วิศวกรไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ เบิร์กลีย์.
“นี่คือเทคโนโลยีที่ก้าวหน้าซึ่งเปลี่ยนแปลงสิ่งที่เป็นไปได้อย่างแท้จริงในแง่ของการตรวจจับและกระตุ้นการทำงานของเส้นประสาท โดยเฉพาะเส้นประสาทที่อยู่ลึกเข้าไปในร่างกาย” Weber กล่าว
ท้ายที่สุดแล้ว นักวิจัยต้องการลดขนาดฝุ่นในระบบประสาทให้เหลือความกว้างเพียง 50 ไมครอน หรือประมาณครึ่งหนึ่งของความกว้างเฉลี่ยของเส้นผมมนุษย์ ด้วยขนาดนั้น “ร่างกายควรจะทนต่อพวกมันได้นานกว่านี้มาก” Maharbiz กล่าว
ขณะนี้นักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนาขี้เถ้าที่สามารถกระตุ้นร่างกายด้วยไฟฟ้าได้ หากประสบความสำเร็จ นั่นหมายความว่าเศษประสาทไม่เพียงแต่สามารถติดตามสุขภาพเท่านั้น แต่ยังทำหน้าที่เป็นการบำบัดด้วยไฟฟ้าเพื่อรักษาความผิดปกติของสมอง เช่น โรคลมบ้าหมู
จนถึงขณะนี้ การทดลองกับฝุ่นละอองในระบบประสาทนั้นเกี่ยวข้องกับระบบประสาทส่วนปลายเท่านั้น ซึ่งก็คือ ทำหน้าที่ของแขนขาและอวัยวะ ไม่ใช่ระบบประสาทส่วนกลางที่ประกอบด้วยสมองและกระดูกสันหลัง สาย. อย่างไรก็ตาม การบำบัดด้วยไฟฟ้าอาจยังมีการใช้งานหลายอย่างในระบบประสาทส่วนปลาย เช่น การควบคุมกระเพาะปัสสาวะ หรือ การระงับความอยากอาหารนักวิจัย Jose Carmena นักประสาทวิทยาและวิศวกรไฟฟ้าจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียกล่าว เบิร์กลีย์.
ในระยะยาว นักวิทยาศาสตร์ต้องการให้ฝุ่นจากระบบประสาทในสมองและไขสันหลัง ความท้าทายประการหนึ่งที่ฝุ่นของระบบประสาทที่มุ่งเป้าไปที่ระบบประสาทส่วนกลางต้องเผชิญคือการที่อัลตราซาวนด์ไม่สามารถผ่านกระดูกได้ดี Weber กล่าว “นั่นทำให้เกิดความท้าทายหากคุณต้องการสร้างอินเทอร์เฟซของเครื่องสมอง แต่ฉันไม่ได้บอกว่ามันเป็นไปไม่ได้เลย” Weber กล่าวเสริม
ขณะนี้นักวิจัยกำลังทำงานเพื่อย่อขนาดเศษเล็กเศษน้อยให้เล็กลง และค้นพบความเข้ากันได้ทางชีวภาพมากขึ้น วัสดุที่ใช้ในการบรรจุเพื่อให้สามารถอยู่ในร่างกายได้นานขึ้น และรวมเซ็นเซอร์อื่นๆ เข้าไปด้วย พวกเขา. ในที่สุด ฝุ่นละอองก็สามารถนำไปใช้ได้ทุกที่ในร่างกาย ไม่ใช่แค่ระบบประสาทเท่านั้น Maharbiz กล่าว
“ในระยะยาวเราต้องการส่งพลังงานไปและสื่อสารกับรากฟันเทียมทั่วร่างกายเพื่อบันทึกข้อมูลจาก อวัยวะต่างๆ ในรูปแบบต่างๆ มากมาย บางทีอาจรายงานถึงสภาวะของเนื้องอกหรือการรักษามะเร็งด้วยซ้ำ” มหาฮาร์บิซ พูดว่า
โดยนักวิทยาศาสตร์ได้ให้รายละเอียด การค้นพบของพวกเขา ออนไลน์วันที่ 3 สิงหาคมในวารสาร Neuron