사이보그는 더 이상 공상 과학 소설이 아닙니다. 뇌에 이식되는 전극을 사용하여 신경 정보를 컴퓨터 나 로봇 팔과 같은 외부 시스템을 제어 할 수있는 명령으로 변환하는 뇌-기계 인터페이스 (BMI) 분야는 실제로 오랫동안 사용되어 왔습니다. 기업가 Elon Musk의 회사 Neuralink는 그들의 BMI 시스템을 테스트 2020가 끝날 때까지 인간 환자에서.
장기적으로 BMI 장치는 신경계 장애의 증상을 모니터링 및 치료하고 인공 사지를 제어하는 데 도움이 될 수 있습니다. 그러나 인공 지능을 설계하고 뇌와 뇌의 직접적인 의사 소통을 가능하게하는 청사진을 제공 할 수도 있습니다. 그러나 당분간 주요 과제는 이식 및 수술 중 뇌 조직과 세포의 손상을 피하는 BMI를 개발하는 것입니다.
BMI는 10 년 넘게 근무하면서 능력을 잃은 사람들을 돕습니다. 그들의 사지를 통제하기 위해예를 들어. 그러나, 종종 실리콘으로 만들어진 기존의 임플란트는 실제 뇌 조직보다 훨씬 더 엄격합니다. 불안정한 기록 및 손상 주변 뇌 조직에.
그들은 또한 면역 반응 뇌가 임플란트를 거부합니다. 인간의 뇌는 보호 된 요새와 같으며이 폐쇄 된 요새의 군인과 같은 신경 면역 시스템은 병원체 나 BMI와 같은 침입자로부터 뉴런 (뇌 세포)을 보호 할 것입니다.
유연한 장치
손상과 면역 반응을 피하기 위해 연구자들은 소위 "유연한 BMI"개발에 점점 더 집중하고 있습니다. 이들은 실리콘 임플란트보다 훨씬 부드럽고 실제 뇌 조직과 유사합니다.
모발보다 훨씬 작은 수만 개의 유연한 전극의 웨이퍼. 스티브 저 벳슨 / 플리커, CC의 BY-SA
예를 들어, Neuralink는 처음 설계했습니다 유연한 "스레드"및 삽입 기 – 이전의 임플란트보다 훨씬 유연한 작고 실 모양의 프로브 – 인간의 뇌를 컴퓨터에 직접 연결합니다. 이들은 뇌 수술 중 삽입 후 뇌의 면역 반응이 전극을 거부 할 가능성을 최소화하도록 설계되었습니다.
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한편, 연구원 리버 그룹 하버드 대학교 (Harvard University)는 최근 뇌가 임 포스터를 식별 할 수 없을 정도로 실제 뉴런처럼 보이는 미니 메시 프로브를 설계했습니다. 이들 바이오 영감 전자 백금 전극과 뉴런 세포체 및 신경 신경 섬유와 유사한 크기와 유연성을 가진 폴리머로 캡슐화 된 초박형 금 와이어로 구성됩니다.
설치류에 대한 연구에 따르면 뉴런 같은 프로브 뇌에 삽입 될 때 면역 반응을 유발하지 마십시오. 뉴런의 기능과 이동을 모두 모니터링 할 수 있습니다.
세포로 이동
오늘날 사용되는 대부분의 BMI는 뉴런 외부에서 누출되는 전기 뇌 신호를 포착합니다. 신경 신호를 방 안에서 생성되는 소리와 같이 생각하면 현재 녹음 방법은 방 밖에서 소리를 듣는 것입니다. 불행하게도, 신호의 강도는 벽 (뉴런 막)의 필터링 효과에 의해 크게 감소됩니다.
예를 들어 인공 팔다리를보다 효과적으로 제어하기 위해 가장 정확한 기능적 판독을 달성하기 위해, 전자 기록 장치는 뉴런의 내부에 직접 접근 할 필요가있다. 이러한 세포 내 기록을 위해 가장 널리 사용되는 통상적 인 방법은 "패치 클램프 전극"이다 : 전해질 용액으로 채워진 중공 유리 튜브 및 격리 된 세포의 막과 접촉하는 기록 전극. 그러나 마이크로 미터 너비의 팁은 세포에 돌이킬 수없는 손상을 일으 킵니다. 또한 한 번에 몇 개의 셀만 기록 할 수 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 최근에 헤어핀 형 3D 나노 와이어 트랜지스터 어레이 여러 뉴런의 세포 내 전기 활동을 읽는 데 사용했습니다. 중요한 것은 식별 가능한 세포 손상없이이 작업을 수행 할 수 있다는 것입니다. 당사의 나노 와이어는 매우 얇고 유연하며 헤어핀 형태로 쉽게 구부러집니다. 트랜지스터는 15x15x50 나노 미터에 불과합니다. 만약 뉴런이 방의 크기라면,이 트랜지스터들은 대략 도어락의 크기 일 것입니다.
세포막의 느낌을 모방하는 물질로 코팅 된이 초소형의 유연한 나노 와이어 프로브는 최소한의 노력으로 세포막을 가로지를 수 있습니다. 또한 가장 큰 경쟁 업체 인 패치 클램프 전극과 동일한 수준의 정밀도로 세포 내 채터를 기록 할 수 있습니다.
이러한 진보는 뇌와 뇌의 의사 소통과 같은 복잡한 업무를 수행해야하는 경우 정확하고 안전한 BMI를 향한 중요한 단계임이 분명합니다.
조금 무섭게 들릴지 모르지만 궁극적으로 의료 전문가가 신체를 더 잘 이해하고 질병을 치료하고 더 오래 살도록 돕는다면 현대 과학의 경계를 계속 뛰어 넘어 가능한 한 최선을 다하는 것이 중요합니다 작업을 수행하는 도구. 이것이 가능하기 위해서는 인간과 기계 사이의 최소 침습적 교차가 불가피합니다.
저자에 관하여
Yunlong Zhao, 에너지 저장 및 바이오 일렉트로닉스 강사, 써리 대학
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