Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 182

В эксперименте с макаками-резусами такой прибор использовался месяцами, позволяя его обладателям относительно свободно перемещаться. Среди недостатков отмечались большие для имплантируемого устройства габариты (сантиметры), а также ограниченность числа и взаимного расположения вживляемых электродов.

Группа из Калифорнийского университета в Беркли предложила способ уменьшить размеры имплантируемых элементов до нескольких микрометров и буквально наполнить ими сосудистую оболочку головного мозга.

Разработанные ими сверхминиатюрные электронные сенсоры состоят из выполненной по технологии CMOS микросхемы, пьезокристалла, электродов и изолирующей полимерной оболочки. Принцип их действия напоминает практику использования чипов радиочастотной идентификации (RFID), не требующих встроенного источника питания.

По замыслу авторов, частицы нейропыли свободно циркулируют в кровеносном русле. Практически этого трудно достичь из-за сложного состава крови, биологических механизмов её очистки и структуры эндотелия, но представим на минуту, что названные проблемы решены. Тогда одновременное число микросенсоров в сосудах головного мозга в любой момент времени может исчисляться тысячами.

Каждая из этих «умных частиц» сможет измерять электрическую активность ближайших нейронов. Во время первой фазы пьезоэлектрический кристалл преобразует ультразвуковые волны от промежуточного модуля в электрические сигналы и питает CMOS-схему. Во время второй он действует наоборот — вибрирует под влиянием потенциалов действия ближайшей группы нейронов.

По сравнению с RFID в предложенной схеме есть минимум два важных отличия. Кроме электромагнитных волн (внешний уровень), используется ультразвук (внутренний уровень), а усиление ответного сигнала микросенсоров, его преобразование и дальнейшую передачу обеспечивает промежуточный модуль.

Последний размещается под твердой мозговой оболочкой и действует как трансивер, позволяя избежать сильного затухания ультразвука и преодолеть экранирующее действие костей черепа.

Ультразвук строго определённой частоты требуется и для повышения мощности всей системы. Расчётными методами установлено, что в данных условиях сенсор с диаметром 100 мкм под воздействием ультразвука может получить до 500 мкВт, в то время как за счёт радиочастотной передачи энергии — только до 40 пВт (примерно в 10 млн раз меньше). Кроме того, электромагнитное излучение достаточной для работы системы мощности вызывало бы слишком сильный нагрев окружающих тканей и приводило бы к их повреждению. С ультразвуком такой риск тоже остаётся, но он значительно меньше.

Условной границей между внешним и внутренним уровнями коммуникаций служит твёрдая мозговая оболочка. До неё связь осуществляется посредством ультразвука, а после неё сигнал преобразуется в радиочастотный. Он передаётся сначала на внешний компактный блок, а затем от него на отдельно стоящее принимающее устройство.

По сравнению с потенциальными возможностями нейропыли современная электроэнцефалография и другие методы неинвазивной нейровизуализации (функциональная ядерно-магнитная томография, позитронно-эмисионная томография) имеют на один–два порядка меньшее разрешение.

Применительно к интерфейсам «мозг — компьютер» в первом приближении это эквивалентно повышению точности определения мысленной команды в десятки раз.

Текущие расчётные размеры микросенсоров в пределах 10–100 мкм сравнимы с диаметром пиальных сосудов и недостаточно малы для эффективного практического применения. Однако пределы масштабирования не исчерпаны. Авторы исследования полагают возможным создание в ближайшие годы миниатюрных сенсоров с диаметром менее 10 мкм. Такие частицы смогут регистрировать электрофизиологические данные, по-прежнему удерживаясь гематоэнцефалическим барьером.

Пока речь идёт исключительно о модели, довольно точно просчитанной с учётом известных данных. Авторы «нейропыли» опираются и на экспериментальную проверку отдельных подобных элементов интерфейса «мозг — компьютер» на лабораторных животных. Многие вопросы предстоит решить ещё до этапа создания прототипа. Идея сейчас хоть и выглядит слишком смелой, но явно заслуживает самого пристального внимания.

К оглавлению

Опубликовано17 июля 2013

Китаянке Ма Айлун, имя которой в последние сутки поминают все без исключения околокомпьютерные ресурсы Сети, было 23 года. Жених, хорошая работа, наверняка миллионы планов. И как же глупо всё оборвалось! В минувший четверг Ма погибла от удара током, отвечая на звонок по включенному на подзарядку iPhone 5. Ну или по крайней мере так утверждают её родные (учитывая, что Apple выразила официальные соболезнования, так оно и было). Покосились на свой мобильник? И правильно сделали. Мы как-то чересчур расслабились, привыкли считать сложнейшее электронное устройство безобидным куском пластика — на который можно садиться, который можно мочить под дождём, держать воткнутым в розетку сутки напролёт, и вообще…

Спору нет, создавать панику — последнее дело, но вопрос безопасности мобильных телефонов необычен как раз тем, что среднестатистический пользователь об исходящей от них потенциальной угрозе задумываться не привык. Не верите? Расскажите человеку, далёкому от ИТ, про ту же Ма Айлун, напомните ему любой из многочисленных случаев, когда телефоны загорались или взрывались в руках и карманах, и оцените гамму эмоций на его лице. А ведь так было не всегда! Ещё десять лет назад (без)опасностью мобильника интересовался чуть ли не каждый первый покупатель. Увы, за годы стремительной эволюции сотовые телефоны перешли из разряда «хайтек» в «бытовую электронику», а вместе с этим (великое дело привычка!) испарился и интерес.

Сегодня опасный или трагический инцидент с очередным мобильным устройством попадает на первые полосы, только если в деле замешан крупный бренд: Apple идеальна, но сгодится и Samsung; уже читали, как Galaxy SIII прожёг брюки швейцарке? А неприятная правда в том, что на каждый громкий случай приходятся буквально десятки затерявшихся в новостном шуме. Сообщения о них оседают в отчётах национальных регуляторов (вроде американской Комиссии по безопасности потребительских товаров, CPSC) и на газетных задворках, откуда могут быть извлечены правильными запросами через новостные агрегаторы. Полистайте, к примеру, выдачу Google Newsпо запросу «cellphone battery explosion»: местами это напоминает фронтовую сводку, а мобильник представляется оружием с несколькими поражающими факторами — которые небесполезно знать.