Brain-computer interfaces पर Research
Brain-computer interfaces (BCIs) उभरते हुए सहायक उपकरण हैं जो एक दिन मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी में चोट वाले लोगों को चलने या संवाद करने में मदद कर सकते हैं। BCI system, implantable sensors पर निर्भर करते हैं जो मस्तिष्क में विद्युत संकेतों को रिकॉर्ड करते हैं और उन संकेतों का उपयोग कंप्यूटर या रोबोटिक prosthetics जैसे बाहरी उपकरणों को चलाने के लिए करते हैं।
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अधिकांश वर्तमान बीसीआई सिस्टम कुछ सौ न्यूरॉन्स तक के नमूने के लिए एक या दो सेंसर का उपयोग करते हैं, लेकिन न्यूरोसाइंटिस्ट उन प्रणालियों में रुचि रखते हैं जो मस्तिष्क कोशिकाओं के बहुत बड़े समूहों से डेटा एकत्र करने में सक्षम हैं।
अब, शोधकर्ताओं की एक टीम ने भविष्य के बीसीआई सिस्टम के लिए एक नई अवधारणा की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम उठाया है - एक जो स्वतंत्र, वायरलेस सूक्ष्म तंत्रिका सेंसर के समन्वित नेटवर्क को नियोजित करता है, एक जो मस्तिष्क गतिविधि को रिकॉर्ड करने और उत्तेजित करने के लिए प्रत्येक नमक के एक दाने के आकार के बारे में स्वतंत्र, वायरलेस सूक्ष्म तंत्रिका सेंसर के एक समन्वित नेटवर्क को नियोजित करता है।
एक सेंसर, जिसे "neurograins" कहा जाता है, स्वतंत्र रूप से न्यूरॉन्स को फायर करके बनाई गई electrical pulses को रिकॉर्ड करता है और सिग्नल को एक केंद्रीय हब में वायरलेस तरीके से भेजता है, जो सिग्नल का समन्वय और प्रक्रिया करता है।
'Nature electronics' में 12 अगस्त 2021 को प्रकाशित एक अध्ययन में , अनुसंधान दल ने एक rodent में तंत्रिका गतिविधि को रिकॉर्ड करने के लिए लगभग 50 ऐसे स्वायत्त न्यूरोग्रेन के उपयोग का प्रदर्शन किया।
परिणाम:- शोधकर्ताओं का कहना है, यह एक ऐसी प्रणाली की ओर एक कदम है जो एक दिन अभूतपूर्व विस्तार से मस्तिष्क के संकेतों की रिकॉर्डिंग को सक्षम कर सकता है, जिससे मस्तिष्क कैसे काम करता है? और मस्तिष्क या रीढ़ की हड्डी की चोटों वाले लोगों के लिए नए उपचारों में नई अंतर्दृष्टि मिलती है।
Brown's School of Engineering के प्रोफेसर और अध्ययन के वरिष्ठ लेखक Arto Nurmikko ने कहा, "मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफेस के क्षेत्र में बड़ी चुनौतियों में से एक इंजीनियरिंग तरीका मस्तिष्क में अधिक से अधिक बिंदुओं की जांच करने का है। अब तक, अधिकांश बीसीआई मोनोलिथिक सुइयों के छोटे bed's की तरह डिवाइस रहे हैं। हमारी टीम का विचार उस मोनोलिथ को छोटे सेंसर में तोड़ना था जिसे cerebral cortex में वितरित किया जा सकता था। यही हम यहां प्रदर्शन कर पाए हैं।
शोधकर्ताओं की टीम, जिसमें Brown, Baylor University, University of California at San Diego and Qualcomm के विशेषज्ञ शामिल हैं, जिसने लगभग चार साल पहले सिस्टम को विकसित करने का काम शुरू किया था। Nurmikko, जो ब्राउन के कार्नी इंस्टीट्यूट फॉर ब्रेन साइंस से संबद्ध है, उसने कहा कि:- "तब चुनौतियाँ अधिक थी। पहले भाग में छोटे सिलिकॉन न्यूरोग्रेन चिप्स में तंत्रिका संकेतों का पता लगाने, बढ़ाने और संचारित करने में शामिल जटिल इलेक्ट्रॉनिक्स को सिकोड़ने की आवश्यकता थी। टीम ने पहले कंप्यूटर पर इलेक्ट्रॉनिक्स का डिजाइन और अनुकरण किया, और परिचालन चिप्स विकसित करने के लिए कई निर्माण पुनरावृत्तियां की गई।
दूसरी चुनौती बॉडी-एक्सटर्नल कम्युनिकेशन हब विकसित करना था जो उन छोटे चिप्स से सिग्नल प्राप्त करता है। यह उपकरण अंगूठे के निशान के आकार का एक पतला पैच है, जो खोपड़ी के बाहर खोपड़ी से जुड़ा होता है। यह एक लघु सेलुलर फोन टावर की तरह काम करता है, जो न्यूरोग्रेन से संकेतों को समन्वयित करने के लिए नेटवर्क प्रोटोकॉल को नियोजित करता है, जिनमें से प्रत्येक का अपना नेटवर्क पता होता है। पैच न्यूरोग्रेन को वायरलेस तरीके से बिजली की आपूर्ति भी करता है, जिसे कम से कम बिजली का उपयोग करके संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
Brown के पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता और अध्ययन के प्रमुख लेखक Jihun Lee ने कहा, "यह काम एक सच्ची बहु-विषयक चुनौती थी।" "हमें न्यूरोग्रेन सिस्टम को डिजाइन और संचालित करने के लिए इलेक्ट्रोमैग्नेटिक्स, रेडियो फ्रीक्वेंसी कम्युनिकेशन, सर्किट डिजाइन, फैब्रिकेशन और न्यूरोसाइंस में विशेषज्ञता को एक साथ लाना था।"
इस नए अध्ययन का लक्ष्य यह प्रदर्शित करना था कि सिस्टम एक जीवित मस्तिष्क से तंत्रिका संकेतों को रिकॉर्ड कर सकता है - for example, एक rodent का मस्तिष्क। टीम ने जानवर के सेरेब्रल कॉर्टेक्स, मस्तिष्क की बाहरी परत पर 48 न्यूरोग्रेन रखे, और सहज मस्तिष्क गतिविधि से जुड़े विशिष्ट तंत्रिका संकेतों को सफलतापूर्वक दर्ज किया।
टीम ने मस्तिष्क को उत्तेजित करने के साथ-साथ इससे रिकॉर्ड करने के लिए उपकरणों की क्षमता का भी परीक्षण किया। उत्तेजना छोटे विद्युत pulses के साथ की जाती है जो तंत्रिका गतिविधि को सक्रिय कर सकते हैं। उत्तेजना उसी हब द्वारा संचालित होती है जो तंत्रिका रिकॉर्डिंग का समन्वय करती है और शोधकर्ताओं को उम्मीद है की एक दिन बीमारी या चोट से खोए हुए मस्तिष्क समारोह को यह खोज बहाल कर सकती है।
इस अध्ययन के लिए जानवर के मस्तिष्क के आकार ने टीम को 48 न्यूरोग्रेन तक सीमित कर दिया, लेकिन डेटा बताता है कि सिस्टम का वर्तमान कॉन्फ़िगरेशन 770 तक का समर्थन कर सकता है। अंततः, टीम कई हजारों न्यूरोग्रेन तक स्केलिंग की कल्पना करती है, जो मस्तिष्क गतिविधि की वर्तमान में एक अप्राप्य तस्वीर प्रदान करेगी।
Vincent Leung जो Baylor में Department of Electrical and Computer Engineering में प्रोफेसर है, उसने कहा:- "यह एक चुनौतीपूर्ण प्रयास था, क्योंकि सिस्टम मेगा-बिट-प्रति-सेकंड दर पर एक साथ वायरलेस पावर ट्रांसफर और नेटवर्किंग की मांग करता है, और इसे बेहद तंग सिलिकॉन क्षेत्र और बिजली की कमी के तहत पूरा किया जाना है। हमारी टीम ने वितरित तंत्रिका प्रत्यारोपण के लिए project को आगे बढ़ाया।"
उस संपूर्ण प्रणाली को वास्तविकता बनाने के लिए और भी बहुत कुछ किया जाना बाकी है, लेकिन शोधकर्ताओं ने कहा कि यह अध्ययन उस दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम का प्रतिनिधित्व करता है।
Nurmikko ने कहा:- "हमारी आशा है कि हम अंततः एक ऐसी प्रणाली विकसित कर सकते हैं जो मस्तिष्क में नई वैज्ञानिक अंतर्दृष्टि प्रदान करती है और नए उपचार जो विनाशकारी चोटों से प्रभावित लोगों की मदद कर सकते हैं,"।
Article source: Brown University