Nörograinler, epilepsi ve parkinson gibi hastalıklarını tedavisi veya kaybedilen beyin fonksiyonlarını geri kazandırmak için bir umut ışığı.
Brown Üniversitesi, beyin aktivitesini bir bilgisayara kaydetmek ve iletmek için düzinelerce silikon mikroçip kullanan bir sistem geliştirdi. Her biri yaklaşık tuz tanesi büyüklüğünde olan “nörograinler” adındaki çipler, diğer beyin implantlarıyla şu anda mümkün olandan daha fazla alandan nöral sinyaller toplamak için beynin yüzeyine veya dokusuna serpilmek üzere tasarlanmış.
Brown Üniversitesi’nde nöro-mühendislik yapan ve nörograinlerin gelişimine öncülük eden Arto Nurmikko, DARPA’nın ilk finansmanıyla 4 yıl önce nörograinler üzerinde çalışmaya başladı. Şimdiye kadar araştırmacılar, nörograinleri yalnızca kemirgenlerde test ettiler. Ancak prototiplerinin insan çalışmaları için zemin hazırlayacağını umuyorlar. Nörograinler, beyin aktivitesini kaydetmenin yanı sıra, nöronları küçük elektriksel darbelerle uyarabiliyor. Bu da onları epilepsi ve parkinson gibi beyin bozukluğu hastalıklarını tedavi etmek veya tahribat nedeniyle kaybedilen beyin fonksiyonlarını geri kazandırmak için keşfedilecek ilgi çekici bir yol haline getiriyor.
Sistemi bir fareye yerleştiren ekip, 48 nörograini beynin dış tabakasına yerleştirmek için bir kraniyotomi gerçekleştirdi. Ayrıca mikroçipleri motor ve duyusal alanların çoğunu kaplayacak şekilde düzenledi. Kafa derisine takılan ince, parmak izi boyutunda bir yama, harici iletişim merkezi görevi gördü ve beyin damarlarından minyatür bir cep telefonu kulesi gibi sinyaller aldı. Aynı zamanda da bunları işledi ve çipleri kablosuz olarak şarj etti.
Denek anestezi altındayken sistemi test eden araştırmacılar, nörograinlerin bilinçsiz farelerde spontan kortikal aktiviteyi kaydedebildiğini buldu. Bununla birlikte, sinyallerin kalitesi çoğu beyin-bilgisayar arayüzü araştırmasında kullanılan ticari çipler tarafından elde edilenler kadar iyi değildi. Bu arayüzler 1970’lerden bu yana gelişme aşamasında ve son yıllarda az sayıda felçli hastanın tablet cihazlarını kontrol etmesine ve giderek daha hızlı bir şekilde bilgisayara yazmasına izin veriyor.
Beyin ve omurilik tahribatı olan insanlar için bu sistemler, sonunda iletişimi ve hareketi yeniden sağlayarak onların daha bağımsız yaşamalarını sağlayabilir. Ancak şu anda, o kadar pratik konumda değiller. Birçoğu karmaşık kurulumlar gerektiriyor ve bir araştırma laboratuvarı dışında kullanılamıyor. Beyin implantlarıyla donatılmış kişiler, implantların bir kerede kaydedebileceği az sayıda nöron nedeniyle gerçekleştirebilecekleri eylem türleri açısından da sınırlıdır. En yaygın kullanılan beyin çipi olan Utah dizisi, her birinin ucunda beyin dokusuna yapışan bir elektrot bulunan 100 silikon iğneden oluşan bir tabakadır. Bu dizilerden her biri yaklaşık pul boyutundadır ve çevredeki birkaç yüz nörondan gelen aktiviteyi kaydedebilir.
Utah dizisini üreten şirket Blackrock Neurotech’in kurucu ortağı ve başkanı Florian Solzbacher, temel motor işlevlerini etkinleştirmek veya bir bilgisayar kullanımı gibi birçok kısa vadeli kullanım için dağıtılmış bir nöral implant sisteminin gerekli olmayabileceğini söylüyor. Bununla birlikte, hafızayı veya bilişi geri yüklemek gibi daha fütüristik uygulamalar, neredeyse kesinlikle daha karmaşık bir kurulum gerektirecek.
Ayrıca Solzbacher, daha küçük sensörlerin ayrıca beyne daha az zarar verebileceğini belirtiyor. Mevcut dizilerin, küçük olsalar bile implant bölgesi çevresinde iltihaplanmaya ve yara izine neden olabileceğini dile getiriyor. Ancak Solzbacher, daha küçük sensörlerin daha iyi olsa da kusursuz olmadığını sözlerine ekliyor. Küçük implantların bile bir bağışıklık tepkisini tetikleyebilir, bu nedenle nöro-tanelerin biyouyumlu malzemelerden yapılması gerekir. Beyin implantlarının geliştirilmesindeki en büyük engel, replasman ameliyatları riskinden kaçınmak için uzun ömürlü bir implant inşa ederken zararı en aza indirmeye çalışmaktır. Mevcut diziler yaklaşık altı yıl sürer, ancak çoğu yara dokusu nedeniyle çok daha erken çalışmayı bırakır.
Brown araştırmacıları, bazı nedenlerden dolayı insanlarda ideal olmaması bakımından kemirgen deneylerinde farenin kafatasının büyük bir bölümünü çıkardılar. Mevcut implante edilmiş diziler, bir hastanın kafasına bir delik açılmasını gerektirir ancak Brown ekibi, invaziv beyin cerrahisinden tamamen kaçınmak istiyor. Bu nedenle, kafatasına özel bir cihazla geçirilecek olan ince iğneleri içeren nörograinleri yerleştirmek için bir teknik geliştiriyorlar.
Mikroçiplerin güvenliği ve uzun ömürlülüğünün, Brown ekibinin daha sonra yapmayı planladığı, uyanık ve serbestçe hareket eden kemirgenlerde test edilmesi gerekecek. Daha sonra maymunlar üzerinde çalışmaya devam edecekler. Nurmikko, fare düzeninin bir insan beyninin yüzey alanını kaplayan 770 nörograine kadar ölçeklendirilebileceğini öngörüyor.
