Beyin-bilgisayar arayüzleri (BCI), gelecekte bir gün beyin veya omurilik yaralanmaları olan kişilerin hareket etmelerine veya iletişim kurmalarına yardımcı olabilecek cihazlardır. Beyin-bilgisayar arayüzü sistemlerinin çalışma mekanizması, beyindeki elektriksel sinyalleri kaydeden ve bu sinyalleri -bilgisayarlar veya robotik protezler gibi- harici cihazları çalıştırmak için kullanan nakledilebilir sensörlere dayanmaktadır.
Mevcut beyin-bilgisayar arayüzü sistemlerinin çoğu, birkaç yüz kadar nöronu örneklemek için bir veya iki sensör kullanır. Fakat sinirbilimciler, çok daha büyük beyin hücre gruplarından veri toplayabilen sistemler geliştirmeye çalışıyorlar.
Araştırmacılar gelecekte kullanılabilecek bir beyin-bilgisayar arayüzü sistemi için yeni bir konsepte doğru önemli bir adım attı. Biliminsanlarının üzerinde durduğu yeni sistemde, beyin aktivitesini kaydetmek ve uyarmak için her biri yaklaşık bir tuz tanesi büyüklüğünde, bağımsız ve kablosuz mikro ölçekli sinir sensörlerinden oluşan koordineli bir ağ kullanılmaktadır. “Nörograinler (nöro-tanecikler)” olarak adlandırılan sensörler, nöronları ateşleyerek üretilen elektrik sinyallerini bağımsız olarak kaydeder ve sinyalleri, onları koordine eden ve işleyen bir merkeze kablosuz bir yolla gönderir.
Nature Electronics‘te yayınlanan çalışmada araştırmacılar, bir kemirgende sinirsel aktiviteyi kaydetmek için yaklaşık 50 otonom nörograin kullandı. Biliminsanları çalışmalarının sonuçlarının günün birinde beyin sinyallerinin benzeri görülmemiş ayrıntılarla kaydedilmesini sağlayabileceğini söylüyor. Sonuçların aynı zamanda beynin nasıl çalıştığına dair yeni anlayışlara yol açabileceği ve beyin veya omurilik yaralanması olan insanlar için yeni tedavileri ortaya çıkarabileceği düşünülüyor.
Araştırmacılar söz konusu sistemi geliştirmek için çalışmalarına dört yıl kadar önce başladı. Bu noktada çeşitli zorluklar bulunmaktaydı. İlk olarak nöral sinyallerin tespit edilmesi ve sinyallerin nörograin çiplerine iletilmesiyle ilgili karmaşık elektroniklerin küçültülmesi gerekiyordu. Ekip ilk olarak elektronikleri bilgisayar ortamında tasarlayıp simüle etti ve çipleri geliştirmek için üretim süreçlerini yinelendi. Zorluklardan bir diğeri sinyallerden çipleri alan harici bir iletişim merkezi geliştirmekti. Yaklaşık bir başparmak büyüklüğünde olan, iletişim merkezi gibi çalışan cihaz, kafatasının dışında kafa derisine bağlanır ve sinir hücrelerinden gelen sinyalleri koordine etmek için bir ağ protokolü kullanan minyatür bir cep telefonu kulesi gibi çalışır.
Araştırmacıların amacı, geliştirilen sistemin canlı bir beyinden –çalışmada bir kemirgenin nöral aktivitesi üzerinde duruldu- gelen sinyalleri kaydedebildiğini göstermekti. Ekip, kemirgenin serebral korteksine 48 nörograin yerleştirdi ve spontan beyin aktivitesiyle ilişkili sinyalleri başarıyla kaydetti. Ayrıca cihazların beyni uyarma ve kayıt alma yeteneğini de test edildi.
Canlının beyin büyüklüğü nedeniyle araştırma 48 nörograin ile sınırlandı fakat araştırmacılar sistemin 770 nörograine kadar desteklendiğini ifade ediyor. Ekip gelecekteki çalışmalarında sistemi binlerce sinir hücresine kadar ölçeklendirmeyi öngörüyor.
Kaynak: SCIENCE DAILY
