Wykorzystanie tkanki tłuszczowej ciała do komunikacji neuronowej
Technologia interfejsów mózg-komputer(odnośnik otworzy się w nowym oknie) stanowi obiecujące rozwiązanie w zakresie przywracania ruchu i czucia osobom sparaliżowanym, cierpiącym na choroby neurologiczne oraz pacjentom po utracie kończyn. Interfejsy te umożliwiają bezpośrednią łączność między mózgiem a urządzeniem zewnętrznym, takim jak robotyczna kończyna, pozwalając użytkownikom na ominięcie szlaków mięśniowych i nerwowych i sterowanie tymi urządzeniami wyłącznie za pomocą myśli. Istniejące interfejsy wymagają jednak implantacji chirurgicznej lub wykorzystują nieporęczne przewody i inwazyjne złącza, które zwiększają ryzyko zakażenia.
Łączność wewnątrz organizmu dzięki tłuszczowi
Aby rozwiązać te problemy, zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu B-CRATOS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) opracował przełomową technologię zwaną wewnątrzcielesną łącznością tłuszczową (FAT-IBC). To nowatorskie rozwiązanie wykorzystuje ludzką tkankę tłuszczową jako bezpieczny i sprawny ośrodek pozwalający na przesyłanie sygnałów neuronowych z niespotykaną dotąd prędkością. „Naszym celem było zniesienie fizycznych barier ograniczających osiągi dzisiejszych interfejsów mózg-komputer przy zachowaniu wysokiej przepustowości danych wymaganej przez naturalny ruch i sensoryczne sprzężenie zwrotne”, wyjaśnia Robin Augustine, koordynator projektu. Zespół projektu B-CRATOS odkrył, że tkanka tłuszczowa działa jak naturalny falowód dla sygnałów mikrofalowych, dzięki swojej niskiej przenikalności i przewodności w porównaniu do mięśni i skóry. Wszczepialna elektronika podłączona do macierzy interfejsów neuronowych zbiera i przetwarza sygnały mózgowe na sygnał cyfrowy, a następnie przesyła je przez warstwę tłuszczu z prędkością przekraczającą 32 Mb/s. Rozwiązanie nie wymaga nieporęcznych akumulatorów, wykorzystuje bezprzewodowe przesyłanie energii, co zapewnia bezpieczeństwo i biokompatybilność w długim ujęciu czasowym.
Bezpieczna łączność w całym ciele
Aby ocenić wykonalność techniczną projektu, uczestnicy konsorcjum przeprowadzili serię badań laboratoryjnych mających na celu symulację tkanki tłuszczowej. Przeprowadzone doświadczenia(odnośnik otworzy się w nowym oknie) wykazały, że tkanka tłuszczowa jest w stanie obsługiwać bezpieczną transmisję danych o wysokiej przepustowości, służąc jako doskonały i niezawodny interfejs łączności. Platforma B-CRATOS została zaprojektowana z myślą o komunikacji dwukierunkowej, co umożliwia zarówno wykonywanie poleceń motorycznych, jak i dostarczanie sensorycznych informacji zwrotnych w czasie rzeczywistym. Obie te możliwości są konieczne dla urządzeń protetycznych, które mają przywrócić nie tylko dobrowolny ruch, ale także czucie i propriocepcję. W porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami, platforma oparta na technologii FAT-IBC charakteryzuje się szeregiem zalet. Jej zastosowanie wyklucza potrzebę stosowania przezskórnych złączy, samo urządzenie może działać bez wewnętrznych akumulatorów, a technologia zapewnia zręczną kontrolę na poziomie palców. Ponadto wykorzystanie algorytmów uczenia maszynowego optymalizuje dekodowanie adaptacyjne, umożliwiając tym samym bardziej intuicyjny i naturalny ruch.
Zastosowania rozwiązania i perspektywy na przyszłość
Choć najbardziej zaawansowanym zastosowaniem technologii FAT-IBC jest neuroprotetyka, możliwości są znacznie szersze. Poza FAT-IBC, konsorcjum projektu B-CRATOS rozwija szereg technologii wspomagających, od adaptacyjnych dekoderów opartych na algorytmach uczenia maszynowego po energooszczędne architektury implantów. Dzięki temu projekt zaowocował nie tylko pojedynczym przełomem, ale także wypracował fundamenty urządzeń medycznych nowej generacji. Technologia opracowana przez zespół projektu B-CRATOS stanowi podstawę dla interoperacyjnych ekosystemów implantów, w których urządzenia do monitorowania pracy serca, inteligentnego dostarczania leków, neuromodulacji, a nawet medycyny bioelektronicznej mogą się płynnie komunikować. „Nasza technologia otwiera nowy rozdział w historii ekosystemów urządzeń medycznych, w których implanty i urządzenia ubieralne współpracują ze sobą w celu monitorowania, leczenia, a nawet zapobiegania chorobom”, podkreśla Augustine. Modułowa architektura platformy stanowi wyjątkową zaletę z punktu widzenia komercjalizacji, ponieważ jej poszczególne elementy (łączność bezprzewodowa, przesył energii, dekodowanie neuronów i biokompatybilna elektronika) mogą być rozwijane niezależnie i skierowane na różne rynki. Przyszłe cele zespołu obejmują wykorzystanie systemu do neuromodulacji w leczeniu przewlekłego bólu i rehabilitacji. Dalekosiężna wizja projektu zakłada stworzenie sieci inteligentnych implantów, które wspierają ciągłe monitorowanie i spersonalizowaną medycynę. Jak podsumowuje Augustine: „B-CRATOS to coś więcej niż interfejsy mózg-komputer. To przede wszystkim platforma, która na nowo definiuje łączność implantów, tworząc infrastrukturę dla połączonych rozwiązań zdrowotnych, które przyniosą korzyści milionom”.
