Miya implantati

Miya implantlari odatda, nevral implantlar deb ataladigan texnologik qurilmalardir. Ular biologik subyektning miyasiga bevosita ulanadi – odatda, miyaga yuzaki oʻrnatiladi yoki miyaning korteksiga tutqichlanadi. Zamonaviy miya implantlarining keng tarqalgan maqsadi va koʻplab joriy tadqiqotlarning diqqat markazida miyaning oʻzgarib qolgan qismlarini oʻta tahlil qilishga yordam beruvchi biomedikal protezlarni ishlab chiqishdir, masalan, insult yoki boshqa bosh jarohatlari natijasida^[1]. Bu, jumladan, sezgi almashinuvi (masalan, koʻrish) ni oʻz ichiga oladi. Boshqa miya implantlari hayvon tajribalari uchun faqat ilmiy sabablar bilan miyada faoliyatni yozib olish uchun ishlatiladi. Baʼzi miya implantlari nevral tizimlar va kompyuter chiplarining oʻrtasida interfeys yaratishni oʻz ichiga oladi. Ushbu ish, miya-kompyuter interfeyslari deb nomlanuvchi kengroq tadqiqot sohasining bir qismidir. (Miya-kompyuter interfeysi tadqiqotlari, shuningdek, miyaning va mashinaning oʻrtasida interfeysni taʼminlaydigan EEG arraylari kabi texnologiyalarni ham oʻz ichiga oladi, lekin qurilmani toʻgʻridan-toʻgʻri oʻrnatishni talab qilmaydi.)

Nevral implantlar, masalan, chuqur miyada stimulyatsiya qilish va vagus nervini stimulyatsiya qilish, Parkinson kasalligi va klinik depressiya bilan ogʻrigan bemorlar uchun tobora odatiy holga kelmoqda.

Maqsad

Miya implantlari elektr ravishda birlamchi neyronlar yoki neyronlar guruhlaridan (biologik neyron tarmoqlari) signallarni stimulyatsiya qiladi, bloklaydi^[2] yoki yozib oladi^[3] (yoki bir vaqtda ham yozib olib, ham stimulyatsiya qiladi^[4]). Bu faqat ushbu neyronlarning funksional aloqalari qanchalik aniqlangan joylarda amalga oshirilishi mumkin. Neyron ishlov berishining murakkabligi yordamida harakat potentsiali bilan bogʻliq signallarga kirish imkoniyatining cheklanganligi sababli, miya implantlarining qoʻllanilishi soʻnggi vaqtlarda neurofiziologiya va kompyuter ishlov berish quvvatidagi yutuqlargacha jiddiy cheklangan edi.

Bundan tashqari, nevral implantlar yuzasi kimyosi boʻyicha koʻp tadqiqotlar oʻtkazilmoqda, buning maqsadi faol implantning miyada keltirishi mumkin boʻlgan salbiy taʼsirlarni minimallashtirishga qaratilgan mahsulotlarni ishlab chiqishdir. Tadqiqotchilar shuningdek, implantlarni miyasiz yetkazib berish tizimlarini, masalan, tomirlar orqali yetkazib berishni oʻrganmoqdalar; bu orqali bosh suyagini yopiq holatda saqlab qolish mumkin, shunda bemorlar oʻz nevral implantlarini ochiq miyali jarrohlik xavfini kamaytirib olishlari mumkin. Ochiq miyada jarrohlik qilinishi natijasida boʻladigan fitnalashlar, insultlar yoki doimiy nevral jarohatlar xavfi mavjud^[5].

Tadqiqotlar va qoʻllanmalar

Sezgi almashinuvi boʻyicha tadqiqotlar 1970-yildan beri katta taraqqiyotga erishdi. Ayniqsa, koʻrish sohasida, vizual tizimning ishlashini bilish sababli, koʻz implantlari (koʻpincha baʼzi miya implantlari yoki monitoring bilan birga) muvaffaqiyatli qoʻllanilmoqda. Eshitish uchun esa, koxlear implantlar eshitish nervini toʻgʻridan-toʻgʻri stimulyatsiya qilishda ishlatiladi.

Bir necha loyihalar hayvonlar miyasidan uzoq vaqt davomida yozib olishda muvaffaqiyatni namoyish etdi. 1976-yilda, NIHda Edward Schmidt boshchiligida tadqiqotchilar qattiq „mohir pin“ elektrodlardan foydalanib, rhesus maymunlarining motor korteksidan signallarni harakat potentsiali boʻyicha yozib olishdi^[6]. Ular birlamchi neyronlardan 30 kundan ortiq yozib olish va eng yaxshi elektrodlardan uch yildan ortiq davomida uzluksiz yozib olishni amalga oshirdilar.

„Mohir pin“ elektrodlari toza iridiumdan ishlab chiqarilgan va parylen bilan izolyatsiyalangan, bu materiallar hozirda Utah arrayning kiberkinetik amalga oshirilishida ishlatiladi^[7]. Ushbu elektrodlardan yoki ular asosida ishlab chiqilgan biokompatibil elektrodlardan hozirda vizual protez laboratoriyalarida, oʻrganishning nevral asoslarini oʻrganayotgan laboratoriyalarda va kiberkinetik proba boʻlmagan motor protezlari yondashuvlarida foydalanilmoqda^[8]. Boshqa laboratoriya guruhlari oʻz implantlarini ishlab chiqishmoqda^[9], bu esa tijorat mahsulotlaridan mavjud boʻlmagan noyob imkoniyatlarni taqdim etadi^[10].

"Utah" elektrod to‘plamining sxemasi

Yutuqlar qatoriga quyidagilar kiradi: sezgi farqlash jarayonini oʻrganish davomida miyaning funksional qayta simlanishi, kalamushlarning jismoniy qurilmalarni boshqarishi, maymunlarning robot qoʻllarni boshqarishi, maymunlar va insonlar tomonidan mexanik qurilmalarni masofadan boshqarish, qurtlarning harakatlarini masofadan boshqarish, va Utah Array’ni insonlarda ikki tomonlama signallash uchun birinchi marta qoʻllash. Hozirda bir qator guruhlar insonlarda dastlabki motor protez implantlarini amalga oshirish bilan shugʻullanmoqda. Ushbu tadqiqotlar hozirda implantlarning umr davomiyligi bilan bir necha oy bilan cheklangan. Ushbu array hozirda Braingate sensor komponentini tashkil etadi^[11]^[12]^[13].

Nevral implantlar yuzasi kimyosi boʻyicha koʻplab tadqiqotlar olib borilmoqda, buning maqsadi faol implantlarning miyada keltirishi mumkin boʻlgan barcha salbiy taʼsirlarni minimallashtirish va implantning funktsiyasiga tananing taʼsirini kamaytirishdir.

Boshqa bir nevral implant turi – protez neyron xotira silikon chiplar, bu esa faol neyronlar tomonidan amalga oshiriladigan signalni qayta ishlashni takrorlaydi va insonlarning miyalariga uzoq muddatli xotiralarni yaratish imkonini beradi.

Implantlar, jumladan miya implantlari uchun, toʻliq organik qurilmalar foydali boʻlishi mumkin, chunki ular biokompatibil boʻlishi mumkin. Agar organik neyromorfik qurilmalar ushbu darajaga yetib borsa, „implantlar insonlarga quvvatli ekzosekletlarni boshqarish imkonini berishi mumkin“ degan umid bor. Genetika oʻzgartirilgan neyronlar tashqi komponentlar – masalan, protez aʼzolar – bilan nervlarga ulanishni taʼminlashi mumkin. Shuningdek, implant qilinadigan fizik sunʼiy neyronlar boʻyicha tadqiqotlar olib borilmoqda.

Miyaga dori etkazib berish uchun potentsial implantlar boʻyicha ham tadqiqotlar olib borilmoqda.

2016-yilda Illinois universitetining Urbana–Champaign kampusidagi olimlar postoperativ monitoring uchun ishlatiladigan mayda miya sensorlarini ishlab chiqilganini eʼlon qildilar, bu sensorlar kerak boʻlmaganda eriydi.

2020-yilda Melburn universitetidan olimlar, 2016-yilda Synchron kompaniyasini tashkil etgan, jugular tomir orqali oʻrnatiladigan Stentrode qurilmasi uchun klinik maʼlumotlarni eʼlon qildilar, bu esa ochiq miya jarrohligiga ehtiyoj sezmasdan oʻrnatilgan. Ushbu texnologiya ikki bemorning faqat fikr orqali kompyuterni boshqarishiga imkon berdi. U, oxir-oqibat, epilepsiya va Parkinson kasalligi kabi turli xil miya patologiyalarini tashxislash va davolashga yordam berishi mumkin. 2023-yilda tadqiqotchilar ushbu qurilmani ishlatgan toʻrt bemorda birinchi yilda jiddiy salbiy hodisalar roʻy bermaganini xabar qildilar.

Reabilitatsiya

Nevrostimulyatorlar 1997-yildan beri epilepsiya, Parkinson kasalligi, distoni va yaqinda depressiya kabi kasalliklarning simptomlarini yengillashtirish uchun ishlatilmoqda. Nevrostimulyatsiya texnologiyalaridagi tezkor yutuqlar, zaiflashtiruvchi nevrologik va psixiatriya kasalliklaridan aziyat chekayotgan bemorlar sonini misli koʻrilmagan darajada kamaytirishga yordam bermoqda. Nevrostimulyatsiya terapiyalari, neyron funksiyasini aylana ichida boshqarish uchun elektr stimulyatsiyasini qoʻllashni oʻz ichiga olgan invaziv va invaziv boʻlmagan yondashuvlarni oʻz ichiga oladi.

Miya implantlari 2010-yilda boshlangan Reliable Neural-Interface Technology (RE-NET) dasturi doirasida DARPA tomonidan ham oʻrganilmoqda, bu esa DARPAʼning ilgʻor protez aʼzolari orqali amalga oshiriladigan mahoratli funksiyalarni boshqarish uchun yuqori samarali neyron interfeyslar zaruratini toʻgʻridan-toʻgʻri hal qilish maqsadida qaratilgan. Maqsad, ushbu aʼzolar uchun yuqori kenglikdagi intuitiv boshqaruv interfeysini taqdim etishdir.

Miya-kompyuter interfeysini oʻrganayotgan shaxslar va kompaniyalar qatoriga Elon Musk, Bill Gates, Mark Zuckerberg, Jeff Bezos, Neuralink, CTRL Labs va Synchron kiradi.

Hozirgi miya implantlari turli materiallardan, masalan, tungsten, silikon, platina-iridium yoki hatto zanglamaydigan poʻlatdan ishlab chiqarilgan. Kelajakdagi miya implantlari nanotublar kabi ekzotik materiallardan va polikarbonatdan foydalanishi mumkin. Hozirgi vaqtda deyarli barcha implantlar ochiq miyada jarrohlikni talab qiladi, ammo 2019-yilda Synchron nomli kompaniya qon tomirlari orqali miya-kompyuter interfeysini muvaffaqiyatli implantatsiya qila oldi.

Texnologik orqa miya jarohati davolashda ham bir qator yutuqlar mavjud, jumladan, miya va orqa miya oʻrtasida „raqamli koʻprik“ taqdim etuvchi implantlardan foydalanish. 2023-yil may oyida Nature jurnalida chop etilgan tadqiqotda, Shveytsariyada tadqiqotchilar 12 yil davomida beldan pastdan paralyzed boʻlgan 40 yoshli erkakni faqat yurak yordamida turish, yurish va qiyshiq rampadan koʻtarilish imkonini beruvchi implantlarni tavsifladilar. Implant oʻrnatilganidan bir yil oʻtib, u bu qobiliyatlarni saqlab qolgan va implant oʻchirilganida ham chodir bilan yurish imkoniyatiga ega boʻlgan.

Tarixiy tadqiqot

1870-yilda Eduard Hitzig va Gustav Fritsch itlarning miyasini elektr stimulyatsiyasi orqali harakatlarni keltirib chiqarishi mumkinligini namoyish etdilar. 1874-yilda Robert Bartholow buni insonlar uchun ham toʻgʻri ekanligini koʻrsatdi. 20-asr boshida Fedor Krause miyaning inson hududlarini tizimli ravishda xaritalashni boshladi, jarrohlik operatsiyasidan oʻtgan bemorlarni ishlatgan holda^[14].

1950-yillarda muhim tadqiqotlar olib borildi. Robert G. Heath ruhiy bemorlar bilan eksperimentlar oʻtkazib, oʻz subyektlarining kayfiyatini elektr stimulyatsiyasi orqali oʻzgartirishni maqsad qilgan.

Yale universiteti fiziologi Jose Delgado hayvonlar va inson subyektlarining xulq-atvorini elektron stimulyatsiya yordamida cheklangan darajada boshqarishni namoyish etdi. U asosiy xulq-atvorlarni, masalan, agressiya yoki quvonch hissini oʻzgartirish uchun miyada oʻrnatiladigan stimoceiver yoki transdermal stimulyatorni ixtiro qildi.

Delgado keyinchalik „Physical Control of the Mind“ deb nomlangan fikr boshqaruvi haqida mashhur kitob yozdi va unda: „Bir nechta hayvon turlarida faoliyatlarni masofadan boshqarish imkoniyatining mavjudligi koʻrsatilgan […] Ushbu tadqiqotning asosiy maqsadi hayvonlarni yoʻnalishli boshqarish mexanizmlarini tushunishni taʼminlash va insonlarga qoʻllaniladigan amaliy tizimlarni taqdim etishdir“ deb aytdi.

1950-yillarda CIA ham MKULTRA kabi dasturlar orqali fikr boshqaruvi texnikalari boʻyicha tadqiqotlarni moliyalashtirdi. U boshqaruvni olib borish uchun AQSh Dengiz Kengashi orqali baʼzi tadqiqotlar uchun moliya olgani uchun, Delgado CIA orqali ham moliyalashtirilganligi taklif qilindi (ammo isbotlanmagan). U 2005-yilda Scientific Americanʼda bu daʼvo haqida faqat nazariya sifatida gapirdi va oʻz tadqiqotlarining faqat miyaning qanday ishlashini tushunishga qaratilgan ilmiy motivlardan iborat ekanligini aytdi.

Hozirgi tadqiqotlar, paraliyalangan bemorlarga fikr orqali tashqi qurilmalarni harakatlantirish va fikrni matnga aylantirish imkoniyatini taqdim etishga qaratilgan.

2012-yilda, pioner Leigh Hochberg, MD, PhD boshchiligida Nature jurnalida oʻtkazilgan tadqiqotda, tetraplegiyaga duchor boʻlgan ikki odam BrainGate nevral interfeysi tizimiga ulanish orqali robot qoʻllarni fikr orqali boshqarish imkoniyatini koʻrsatdi. Ikkita ishtirokchi uch oʻlchovli fazoda narsalarni tutish va olish qobiliyatiga ega boʻldi, ulardan biri paraliyalanganidan keyin birinchi marta oʻziga qahva quydi.

2020-yil oktabr oyida ikki bemor Stentrode miya-kompyuter interfeysi orqali bevosita fikr yordamida Windows 10 tizimida ishlovchi Surface Book 2’ni masofadan boshqarish imkoniyatiga ega boʻldilar. Bu, bemorning qon tomirlari orqali implantatsiya qilingan birinchi miya-kompyuter interfeysi boʻlib, ochiq miyada jarrohlik zaruratini bartaraf etdi.

Manbalar

↑ Krucoff, Max O.; Rahimpour, Shervin; Slutzky, Marc W.; Edgerton, V. Reggie; Turner, Dennis A. (2016-01-01). "Asab tizimini neyrobiologik moddalar, asab interfeysi treningi va neyroreabilitatsiya orqali tiklashni yaxshilash". Frontiers in Neuroscience 10: 584. doi:10.3389/fnins.2016.00584. ISSN 1662-4548. PMID 28082858. PMC 5186786. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=5186786.
↑ „Miya signalini bloklaydigan implantatsiya qilinadigan qurilma semizlikka qarshi kurashda istiqbolli natijalarni ko'rsatmoqda.“. Medscape. 2013-yil 17-mayda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 25-avgust.
↑ Kiourti, Asimina; Nikita, Konstantina (2012). "M MICS va ISM diapazonlarida telemetriya uchun skalpga o'rnatiladigan miniatyura antennalari: dizayn, xavfsizlik masalalari va ulanish byudjeti tahlili". IEEE Transactions on Antennas and Propagation 60 (8): 3568–75. doi:10.1109/TAP.2012.2201078.
↑ Mahoney, Patrick „Wireless is getting under our skin“. Machine Design (2007-yil 21-iyun). 2008-yil 4-iyunda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.
↑ Robitzski, Dan „Ushbu neyron implantat miya bilan jugulyar vena orqali aloqa o'rnatadi.“. Neoscope. Futurism (2019-yil 8-aprel). 2020-yil 21-mayda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2019-yil 24-noyabr.
↑ Schmidt, E.M.; Bak, M.J.; McIntosh, J.S. (1976). "Kortikal neyronlardan uzoq muddatli doimiy yozuv olish". Experimental Neurology 52 (3): 496–506. doi:10.1016/0014-4886(76)90220-X. PMID 821770.
↑ „Cyberkinetics Microelectrode Arrays“. 2006-yil 24-martda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2006-yil 25-oktyabr.
↑ Troyk, Philip; Bak, Martin; Berg, Joshua; Bradley, David; Cogan, Stuart; Erickson, Robert; Kufta, Conrad; McCreery, Douglas et al. (2003). "A Model for Intracortical Visual Prosthesis Research". Artificial Organs 27 (11): 1005–15. doi:10.1046/j.1525-1594.2003.07308.x. PMID 14616519.
↑ Blake, David T.; Heiser, Marc A.; Caywood, Matthew; Merzenich, Michael M. (2006). "Tajribaga bog'liq kattalar kortikal plastisiteti sezgi va mukofot o'rtasida kognitiv assotsiatsiyani talab qiladi.". Neuron 52 (2): 371–81. doi:10.1016/j.neuron.2006.08.009. PMID 17046698. PMC 2826987. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2826987.
↑ Caltech (2004-yil 8-iyul). „Nevrologlar miyadan signal orqali protez qurilmasini boshqarishning yangi usulini namoyish etishdi.“. Press-reliz.
↑ „Blake Laboratory: Neural basis of behavior“. Mcg.edu (2007-yil 16-avgust). 2010-yil 28-mayda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.
↑ „Robert H. Wurtz, Ph.D. [NEI Laboratories]“. Nei.nih.gov. 2011-yil 27-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.
↑ „Miya Tadqiqot Instituti“. Faculty.bri.ucla.edu. 2011-yil 7-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.
↑ Moan, Charles E.; Heath, Robert G. (1972). "Geteroseksual xulq-atvorni boshlash uchun septal stimulatsiya: gomoseksual erkaklarda.". Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry 3: 23–30. doi:10.1016/0005-7916(72)90029-8.

[1] Krucoff, Max O.; Rahimpour, Shervin; Slutzky, Marc W.; Edgerton, V. Reggie; Turner, Dennis A. (2016-01-01). "Asab tizimini neyrobiologik moddalar, asab interfeysi treningi va neyroreabilitatsiya orqali tiklashni yaxshilash". Frontiers in Neuroscience 10: 584. doi:10.3389/fnins.2016.00584. ISSN 1662-4548. PMID 28082858. PMC 5186786. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=5186786.

[medscape.com-2] „Miya signalini bloklaydigan implantatsiya qilinadigan qurilma semizlikka qarshi kurashda istiqbolli natijalarni ko'rsatmoqda.“. Medscape. 2013-yil 17-mayda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2013-yil 25-avgust.

[3] Kiourti, Asimina; Nikita, Konstantina (2012). "M MICS va ISM diapazonlarida telemetriya uchun skalpga o'rnatiladigan miniatyura antennalari: dizayn, xavfsizlik masalalari va ulanish byudjeti tahlili". IEEE Transactions on Antennas and Propagation 60 (8): 3568–75. doi:10.1109/TAP.2012.2201078.

[4] Mahoney, Patrick „Wireless is getting under our skin“. Machine Design (2007-yil 21-iyun). 2008-yil 4-iyunda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.

[5] Robitzski, Dan „Ushbu neyron implantat miya bilan jugulyar vena orqali aloqa o'rnatadi.“. Neoscope. Futurism (2019-yil 8-aprel). 2020-yil 21-mayda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2019-yil 24-noyabr.

[6] Schmidt, E.M.; Bak, M.J.; McIntosh, J.S. (1976). "Kortikal neyronlardan uzoq muddatli doimiy yozuv olish". Experimental Neurology 52 (3): 496–506. doi:10.1016/0014-4886(76)90220-X. PMID 821770.

[7] „Cyberkinetics Microelectrode Arrays“. 2006-yil 24-martda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2006-yil 25-oktyabr.

[8] Troyk, Philip; Bak, Martin; Berg, Joshua; Bradley, David; Cogan, Stuart; Erickson, Robert; Kufta, Conrad; McCreery, Douglas et al. (2003). "A Model for Intracortical Visual Prosthesis Research". Artificial Organs 27 (11): 1005–15. doi:10.1046/j.1525-1594.2003.07308.x. PMID 14616519.

[9] Blake, David T.; Heiser, Marc A.; Caywood, Matthew; Merzenich, Michael M. (2006). "Tajribaga bog'liq kattalar kortikal plastisiteti sezgi va mukofot o'rtasida kognitiv assotsiatsiyani talab qiladi.". Neuron 52 (2): 371–81. doi:10.1016/j.neuron.2006.08.009. PMID 17046698. PMC 2826987. //www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pmcentrez&artid=2826987.

[10] Caltech (2004-yil 8-iyul). „Nevrologlar miyadan signal orqali protez qurilmasini boshqarishning yangi usulini namoyish etishdi.“. Press-reliz.

[11] „Blake Laboratory: Neural basis of behavior“. Mcg.edu (2007-yil 16-avgust). 2010-yil 28-mayda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.

[12] „Robert H. Wurtz, Ph.D. [NEI Laboratories]“. Nei.nih.gov. 2011-yil 27-iyulda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.

[13] „Miya Tadqiqot Instituti“. Faculty.bri.ucla.edu. 2011-yil 7-oktyabrda asl nusxadan arxivlangan. Qaraldi: 2011-yil 14-avgust.

[14] Moan, Charles E.; Heath, Robert G. (1972). "Geteroseksual xulq-atvorni boshlash uchun septal stimulatsiya: gomoseksual erkaklarda.". Journal of Behavior Therapy and Experimental Psychiatry 3: 23–30. doi:10.1016/0005-7916(72)90029-8.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]