กราฟีนอาจถือกุญแจสำคัญในการเชื่อมต่อสมองของเรากับเครื่องจักร

สมองของคุณเป็นกิจกรรมไฟฟ้า - สัญญาณการยิงการสตรีมข้อมูล นอกจากนี้ยังเป็นกล่องความโกลาหลทั้งหมด จนถึงตอนนี้วิธีที่ดีที่สุดในการเชื่อมโยงเซลล์ประสาทของคุณเข้ากับอุปกรณ์และคอมพิวเตอร์สามารถสำรวจเซลล์ประสาทได้อย่างกว้าง ๆ และใช้ฉันทามติที่กว้างเกี่ยวกับสิ่งที่พวกเขากำลังขับรถ แต่ความก้าวหน้าที่ชัดเจนของเทคโนโลยีกราฟีนทำให้เรามีความหวังที่จะได้สัมผัส สัญญาณประสาทส่วนบุคคล ในสภาพแวดล้อมทางชีวภาพที่มีอยู่โดยมีสาขาขนาดใหญ่สำหรับสถานศึกษาการเรียนรู้และการรักษาสุขภาพจิต

ทีมนักวิจัยจากสเปนอิตาลีและสหราชอาณาจักรได้แสดงให้เห็นว่าแกรฟีนสามารถเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทได้สำเร็จและส่งสัญญาณไฟฟ้าจากพวกเขา งานนี้สร้างขึ้นจากความพยายามก่อนหน้านี้ที่กราฟีนถูกเคลือบด้วยเปปไทด์เพื่อส่งเสริมการยึดเกาะของเส้นประสาทและแสดงให้เห็นว่าการเคลือบดังกล่าวไม่จำเป็น ซึ่งแตกต่างจากความพยายามครั้งก่อนและเทคโนโลยีอื่น ๆ งานนี้ไม่ได้กระตุ้นเนื้อเยื่อแผลเป็นซึ่งเมื่อเวลาผ่านไปทำให้การปลูกถ่ายอื่น ๆ ไร้ประโยชน์ ด้วยรุ่นนี้ที่ใช้กราฟีนที่ไม่มีการรักษามีอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนที่สูงซึ่งทำให้สามารถนำไปประยุกต์ใช้งานทางชีวภาพได้มากขึ้น

เป้าหมายแรกของงานนี้คือการรักษาโรคพาร์กินสัน เทคโนโลยีส่วนต่อประสานประสาทที่มีอยู่อ่านผลลัพธ์ของเซลล์ประสาทและแปลมันเป็นอย่างอื่น โดยการเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทโดยตรงหวังว่างานนี้สามารถใช้เพื่อรบกวนสัญญาณได้ เนื่องจากพาร์คินสันไม่สามารถยับยั้งสัญญาณประสาทเทคโนโลยีที่สามารถบล็อกสัญญาณภายนอกอาจช่วยแก้ปัญหานี้ได้ เป็นความคิดที่ว่านี่เป็นวิธีการทำงานของอิเล็กโทรดแบบฝังที่มีอยู่เดิม: โดยการส่งสัญญาณไฟฟ้าที่ไม่เฉพาะเจาะจงซึ่งรบกวนสัญญาณที่ไม่เหมาะสมเหล่านี้ การแก้ปัญหาเซลล์ประสาทส่วนบุคคลอาจช่วยควบคุมได้มากกว่า

แกรฟีนเป็นวัสดุที่เหมาะสำหรับการเชื่อมต่อทางชีวภาพ: มีความยืดหยุ่นมั่นคงและเข้ากันได้ทางชีวภาพ เนื่องจากมันสามารถพกพาประจุไฟฟ้าได้จึงทำให้ความสนใจในการวิจัยเพื่อใช้ในระบบประสาท

แกรฟีนมีความแข็งแรง แต่แข็งหรือไม่ http://t.co/uUfeb1h0oN @ENERGY #MaterialsScience pic.twitter.com/BippvPpK7C

- Berkeley Lab (@BerkeleyLab) 22 กุมภาพันธ์ 2559

เทคโนโลยีอินเทอร์เฟซสำหรับประสาทที่มีอยู่มีแนวโน้มที่จะประเมินทั้งฟิลด์ของเซลล์ประสาทโดยใช้อาเรย์ของอิเล็กโทรด (เช่นตัวอย่างล่าสุดที่ใช้ในการควบคุมนิ้วมือแต่ละนิ้ว) แม้ว่าสิ่งนี้จะมีประโยชน์ในการตั้งค่าบางอย่าง แต่ก็อาจเป็นเรื่องยากที่จะกรองผ่านเอาต์พุตของเซลล์ประสาทจำนวนมากเพื่อค้นหาสัญญาณที่คุณต้องการ แต่ลงไปที่ความละเอียดของการเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทส่วนบุคคลและศักยภาพคือการควบคุมอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน - ด้วยศักยภาพทุกประเภทสำหรับอวัยวะเทียม

คุณยังต้องการกลไกที่ซับซ้อนเพื่อให้แน่ใจว่ามีการติดต่อกับเซลล์ประสาทที่เหมาะสมเท่านั้น คุณต้องแยกสัญญาณที่มาจากไหน และคุณต้องแปลสัญญาณเสียงขรมนี้

การฝังอิเล็กโทรดอาจทำให้ยุ่งยากได้เช่นกัน เทคโนโลยีที่มีอยู่นั้นเสียบขั้วไฟฟ้าเข้าไปในเนื้อเยื่อสมองและทำให้เกิดความเสียหายกับการเชื่อมต่อระหว่างทาง เนื่องจากเทคโนโลยีนี้เกี่ยวข้องกับการบันทึกภาคสนามเท่านั้นความเสียหายของเซลล์ประสาทสองสามจึงไม่เป็นปัญหา หากเป้าหมายคือการติดต่อกับเซลล์ประสาทส่วนบุคคลนี่อาจเป็นปัญหาที่สำคัญ

นอกจากนี้ระบบอาจต้อง "สอบเทียบ" การกำหนดเวลาและความแข็งแรงของสัญญาณประสาทมีความสำคัญอย่างยิ่ง โดยปกติสมองของคุณจะทำการสอบเทียบเอง ตัวอย่างเช่นเมื่อคุณฝึกการเหวี่ยงไม้เบสบอลคุณจะส่งข้อเสนอแนะบวกหรือลบเพื่อเสริมสร้างการเชื่อมต่อและใช้แรงและทิศทางในปริมาณที่เหมาะสม หากคุณต้องปรับสิ่งเหล่านี้ด้วยตนเองในระบบที่ไม่ถูกต้องตัวเองมันอาจทำให้สิ่งที่ท้าทายมากขึ้น (น่าสังเกตว่าสมองนั้นดีมากในการเป็น“ พลาสติก” และปรับตัวดังนั้นมันอาจแก้ปัญหาของตัวเองได้โดยเพียงปรับเอาท์พุทของตัวเองตามปฏิกิริยาของคุณ)

ปัญหาประเภทนี้เป็นปัญหาทางวิศวกรรม แต่และเป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ไข เมื่อความท้าทายเหล่านี้ได้รับการแก้ไขแล้วความสามารถในการเชื่อมต่อกับเซลล์ประสาทส่วนบุคคลอาจจะลึกซึ้ง ตัวอย่างเช่น "เครื่องตรวจจับเรื่องบังเอิญ" ในสมองของคุณตรวจจับแรงกระตุ้นทางประสาทขาเข้าจากเซลล์ประสาทมากกว่าหนึ่งเส้น หากระยะเวลาของอินพุตจากทั้งสองอยู่ใกล้พอก็จะทำให้เกิดแรงกระตุ้นในเครื่องตรวจจับบังเอิญ กลไกนี้มีการใช้หลายบริบทซึ่งหนึ่งในนั้นอยู่ในการเรียนรู้

เนื่องจากกลไกนี้ยอดเยี่ยมในการเชื่อมโยงเหตุการณ์ต่าง ๆ ของระบบประสาทพวกเขาสามารถใช้เพื่อสร้างแนวคิดที่เชื่อมส่วนต่าง ๆ ของสมองเข้าด้วยกันและเพื่อเรียนรู้แนวคิดใหม่ หากกระบวนการนี้สามารถควบคุมได้ด้วยตนเองก็สามารถจินตนาการถึงรูปแบบการเรียนรู้แบบเมทริกซ์ซึ่งผู้ตรวจจับเรื่องบังเอิญจะถูกกระตุ้นด้วยตนเองเพื่อเชื่อมโยงแนวคิดที่แตกต่างและสร้างความคิดโดยไม่ต้องก้าวเท้าเข้าไปในห้องเรียน อย่างไรก็ตามในระยะสั้นการปิดกั้นการส่งสัญญาณที่ไม่เหมาะสมในพาร์กินสันนั้นจะยากกว่ามาก มองหาแกรฟีนเพื่อรักษาการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นก่อน - ก่อนอาจทำให้ความทรงจำง่ายขึ้นในภายหลัง