Elektroder i hjernen leser tankene dine

Med tusenvis av elektroder sydd inn i rottehjerner har forskere avkodet hjernens signaler og lest dyrenes tanker. Og forsøket kan være nøkkelen til å bremse noen av de mest alvorlige nevrologiske sykdommene.

Med tusenvis av elektroder sydd inn i rottehjerner har forskere avkodet hjernens signaler og lest dyrenes tanker. Og forsøket kan være nøkkelen til å bremse noen av de mest alvorlige nevrologiske sykdommene.

neuralink & Claus lunau

Med raske bevegelser syr en robot noe som kunne ligne en sytråd, inn i hjernen til en forsøksrotte.

Det er imidlertid ikke en sytråd, men en ultratynn og fleksibel ledning som er dekket med flere tusen elektroder.

Med stor presisjon syr roboten hvert minutt opptil 192 elektroder inn i den øverste millimeteren av rottens hjerne.

Etter 45 minutter er arbeidet ferdig, og de i alt 3072 elektrodene forbindes til en mikrochip som festes til rottens hode, og forskerne kan nå bokstavelig talt lese rottens tanker.

Bak dette forsøket står entreprenøren Elon Musk – best kjent som skaperen av elbilen Tesla og romprogrammet SpaceX.

I to år har firmaet hans, Neuralink, arbeidet for å utvikle en hjernechip som skal kurere en lang rekke nevrologiske lidelser som posttraumatisk stresslidelse (PTSD) og parkinson – og på sikt styre maskiner med tankens kraft.

Prinsippet bak den nye chipen er at de mikroskopiske elektrodene skal legge seg opp til hver sin hjernecelle og registrere hvert eneste nervesignal den avfyrer.

Det skal brukes til å kartlegge hvordan hjernecellene kommuniserer med hverandre, og dermed kartlegge hjernens aktivitet ned til minste detalj.

Symaskinen syr 96 ledninger, hver med 32 elektroder, inn i hjernebarken.

© Neuralink

I et første eksperiment har symaskinen allerede mer enn tjuedoblet antallet elektroder på samme plass i forhold til lignende forsøk.

Det innebærer at inngrepet vil være mye mindre omfattende, siden det nødvendige antallet elektroder kan implementeres på langt mindre plass.

Samtidig åpner den nye teknologien for at elektroder kan sys inn flere steder i hjernen, og at de ulike mikrochipene kan kommunisere med hverandre og samarbeide, noe som kan bidra til å behandle sykdommer som utløses på tvers av hjernen.

Mange nevrologiske lidelser skyldes ødelagte kretsløp i hjernen, men hjernechipen kan også hjelpe personer med posttraumatisk stress (PTSD).

Legene håper nemlig å kunne bremse stressreaksjonen som oppstår når den hjemvendte soldaten mentalt blir kastet tilbake til det øyeblikket da granaten eksploderte og drepte kameraten hans.

Normalt vil det traumatiske minnet være nok til å aktivere fryktsenteret i amygdala og dermed framkalle den samme intense følelsen av gru og redsel.

Den nye teknologien kan på sikt oppdage når et traumatisk minne som dette dukker opp i hippocampus, siden innopererte elektroder fanger opp når stressreaksjonen utløses.

Deretter sender hjernechipen elektriske impulser gjennom ledningene til amygdala.

Her får impulsene fryktsenteret til å falle til ro før stressreaksjonen utløses, og dermed avverges PTSD-anfallet.

Rystelser kan dempes

Selv med noen få elektroder kan mikrochipen i visse tilfeller fange opp tilstrekkelig mange nervesignaler til å få en god fornemmelse av hva som skjer i hjernen.

Allerede i 2012 viste ingeniøren Roman Genov fra University of Toronto i Canada at bare 64 elektroder i hjernen til en rotte var nok til å oppdage når et epileptisk anfall var på vei.

Mikrochipen kunne deretter reagere lynraskt og stimulerte den delen av hjernen der anfallet var under utvikling, og dermed bremse det.

I alt klarte ingeniøren å forhindre 80 prosent av de epileptiske anfallene til rottene.

Elektroder demper skjelvinger hos parkinsonpasienter

/ 3

Nervesignaler fra skjelvende bevegelser hos en parkinsonpasient registreres i det motoriske senteret.

1

Informasjonen sendes til en mikrochip bak øret.

2

Chipen analyserer signalene og stimulerer globus pallidus, som demper skjelvingen.

3
© Claus Lunau

Nå arbeider Genov med systemer som kan brukes til å hjelpe pasienter med parkinson. Her oppdager elektroder skjelving i det motoriske senteret hos pasientene.

Deretter reagerer hjernechipen ved å stimulere andre hjernesenter, som jevner ut bevegelsene og reduserer skjelvingen.

Den andre halvparten av systemet, der hjernesentre stimuleres for å begrense bevegelsene, bruker leger allerede med suksess til behandling av parkinson.

Metoden kalles deep brain stimulation, men ulempen er at hjernesentrene stimuleres hele tiden, uansett om pasienten skjelver eller ikke, og det fører til en uhensiktsmessig overbehandling.

I framtiden kan apparater styres utelukkende med tankens kraft, for systemet med flere tusen elektroder gjør det mulig å omsette komplekse ønsker om å utføre bevegelser til veldig presise handlinger, for eksempel ved å kunne styre en robotarm.

©

Elektroder sys inn i bevegelsessenter

Den spesialutviklede maskinen syr opptil 96 tråder, som er ti ganger tynnere enn et hår, inn i det motoriske senteret der nervesignalene skal avkodes. Hver tråd er en bunt ledninger med i alt 32 elektroder, og de sys inn med en avstand på bare 0,05 millimeter, noe som i alt gir 3072 elektroder.

© Claus Lunau /Shutterstock

Elektroder registrerer hjernens ønsker

Hjernens motoriske senter avfyrer nervesignaler allerede før bevegelsen blir satt i gang, når pasienten begynner å tenke på å bevege armen. Elektrodene i det motoriske senteret fanger opp alle de nervesignalene som skal til for å utføre ønsket om å bevege armen.

©

Hjernens ønske blir omkodet til instrukser

De tynne ledningene fører opp til en datachip som er plassert under huden på hodeskallen. De elektroniske kretsløpene omkoder nervesignalene til elektriske impulser som sendes videre til en robotarm. Når pasienten tenker på å bevege armen, gir hjernechipen beskjeden til robotarmen.

© Claus Lunau/Shutterstock

Robotarmen beveger seg

De elektriske impulsene fra hjernechipen aktiverer robotarmen, som får den til å bevege seg. I fremtiden kan teknologien føre til at pasienter med lammelse i armen blir i stand til å styre en mekanisk arm.

Derfor vil forskerne gjerne kunne oppdage skjelvingen i det motoriske senteret, men det krever mange flere elektroder, og det har ikke vært mulig før Neuralink kom på banen med sin nye teknologi.

Kan styre maskiner med tanken

Hjernechipen begrenser seg imidlertid ikke til behandling av sykdommer. Teknologien åpner også for at pasienter kan styre roboter utelukkende ved tankens kraft.

Robotingeniøren Christian Peñaloza fra Advanced Telecommunications Research Institute International i Japan viste i 2018 at en forsøksperson kunne kontrollere en robotarm samtidig som brukte sine egne armer.

I forsøket brukte forskerne en slags badehette dekket av elektroder, som fanget opp hjernebølger tvers gjennom kraniet.

En slik badehette er mye mindre følsom enn en hjernechip, og Neuralinks teknologi, med mer enn 3000 elektroder som måler enkelte nervesignaler, gir derfor et langt mer detaljert innblikk i hva som foregår inne i menneskets hjerne.