Имплант размером четыре на два миллиметра умеет слушать сразу несколько отделов мозга, разбирать, чем они заняты, и включать стимуляцию в нужный момент. Разработчиками чипа стали исследователи из Федеральной политехнической школе Лозанны. Статья о разработке LogSync вышла в Journal of Solid-State Circuits.
В основе технологии лежит глубокая стимуляция мозга — вживленный электрод посылает электрические разряды в конкретные зоны. Такой подход десятилетиями помогает людям с болезнью Паркинсона, а теперь его пробуют при депрессии, посттравматическом стрессовом и обсессивно-компульсивном расстройствах. Большинство систем бьют импульсами, не подстраиваясь под пациента, а адаптивные устройства читают сигналы лишь одного участка, хотя психиатрические нарушения связаны скорее со сбоями общения между областями, чем с поломкой одной из них.
Новый чип снимает активность с нескольких областей сразу и вычисляет два показателя — силу мозговых волн и синхронность разных зон. Дальше алгоритм машинного обучения по этим маркерам понимает, в каком состоянии находится человек. Выручают и логарифмические вычисления, упрощающие сетевой анализ в реальном времени.
Первую проверку система прошла на записях добровольцев из прошлых опытов: она распознавала сосредоточенность при выполнении задания и эмоциональное возбуждение при просмотре видео. Затем ее отправили к крысам в Университет Миннесоты, где она отслеживала колебания в мозге и запускала разряды в заданные фазы активности.
«Вся система спроектирована как единое целое — алгоритмы и аппаратура разрабатывались вместе, с учетом ограничений импланта. Это позволило обрабатывать и расшифровывать сигналы целой сети отделов мозга на одном кристалле и удержать потребление энергии ниже 200 микроватт, а это лишь малая доля того, что потребляют многие нейроинтерфейсные импланты», — пояснила она.
LogSync еще не дошел до клиники, но уже известно, что сфера его применения шире психиатрии. Точная настройка момента воздействия пригодится при двигательных нарушениях, в неинвазивных методиках и ультразвуковых интерфейсах. Параллельно лаборатория учит алгоритмы обходиться без готовых маркеров и извлекать смысл мозговых сигналов прямо из записей.
Ранее ученые смогли обратить вспять нарушения в мозге при болезни Альцгеймера.