Истражувачите развија вештачки сетилен нервен систем кој може да обработува информации слични на човечкото тело и ефикасно да даде чувство за допир на протетичките екстремитети
Нашата кожа, најголемиот орган на телото, е исто така најважен бидејќи го покрива целото наше тело, ја контролира температурата на нашето тело и не заштитува од штетните надворешни фактори како што се сонцето, абнормалните температури, бактериите итн. Нашата кожа може неверојатно да се растегне и може да се поправи. Кожата е исто така важна бидејќи ни обезбедува чувство за допир преку кое сме во состојба да донесуваме одлуки. Кожата е комплексен систем за сензори и сигнализација за нас.
Во студијата објавена во наука, истражувачите предводени од професорот Женан Бао од Универзитетот Стенфорд и Националниот универзитет во Сеул развија вештачки сензорен нервен систем кој може да биде голем чекор кон создавање „вештачка кожа“ за протетика екстремитети кои би можеле да ја вратат сензацијата и да делуваат како нормална кожа. Предизвикувачкиот аспект на оваа студија беше како ефикасно да ја имитираме нашата кожа која поседува неколку уникатни својства. Карактеристиката што е најтешко да се имитира е начинот на кој нашата кожа делува како паметна сензорни мрежа која најпрво ги пренесува сензациите до мозокот и исто така им наредува на нашите мускули да реагираат преку рефлекс за да донесат брзи одлуки. На пример, чешмата предизвикува истегнување на мускулите на лактот, а сензорите во овие мускули испраќаат импулс до мозокот преку неврон. Невронот потоа испраќа серија сигнали до соодветните синапси. Синаптичката мрежа во нашето тело го препознава моделот на ненадејно истегнување на мускулите и испраќа два сигнали истовремено. Еден сигнал предизвикува контракција на мускулите на лактот како рефлекс, а вториот сигнал оди до мозокот за да информира за оваа сензација. Целата оваа низа на настани се случува за речиси дел од секундата. Имитирањето на овој комплициран биолошки сензорен нервен систем, вклучувајќи ги сите функционални елементи во мрежата на неврони, сè уште останува предизвик.
Уникатен сензорен нервен систем кој го „имитира“ реалното
Истражувачите создадоа уникатен сензорен никогаш систем кој би можел да реплицира како функционира човечкиот нервен систем. „Вештачкото нервно коло“ дизајнирано од истражувачите интегрира три компоненти во рамен, флексибилен лист со димензии од неколку сантиметри. Овие компоненти се поединечно опишани претходно. Првата компонента е допир сензор кој може да открие сили и притисок (дури и мини). Овој сензор (направен од органски полимери, јаглеродни наноцевки и златни електроди) испраќаат сигнали преку втората компонента, флексибилен електронски неврон. Двете овие компоненти се подобрени и подобрени верзии на она што беше развиено од истите истражувачи претходно. Сензорните сигнали генерирани и поминати низ овие две компоненти се доставуваат до третата компонента, вештачки синаптички транзистор кој е моделиран токму како човечките синапси во мозокот. Сите овие три компоненти треба да работат кохезивно и демонстрацијата на крајната функција беше најпредизвикувачкиот аспект. Вистинските биолошки синапси пренесуваат сигнали и складираат информации што се потребни за донесување одлуки. Овој синаптички транзистор ги „врши“ овие функции со доставување електронски сигнали до синаптичкиот транзистор со користење на вештачко нервно коло. Затоа, овој вештачки систем учи да препознава и реагира на сензорни влезови врз основа на интензитетот и фреквенцијата на сигналите со мала моќност, исто како биолошката синапса би направила во живо тело. Новина на оваа студија е како овие три поединечни компоненти кои се познати претходно беа успешно интегрирани за прв пат за да се добие кохезивен систем.
Истражувачите ја тестирале способноста на овој систем да генерира рефлекси и да чувствува допир. Во еден експеримент тие го прикачија својот вештачки нерв на ногата на бубашвабата и извршија мал притисок на нивниот сензор за допир. Електронскиот неврон го конвертира сигналот од сензорот во дигитални сигнали и ги помина низ синаптичкиот транзистор. Ова предизвикало грчењето на ногата на лебарката врз основа на зголемувањето или намалувањето на притисокот во сензорот за допир. Значи, ова вештачко поставување секако го активираше рефлексот на грчеви. Во вториот експеримент, истражувачите ја покажаа способноста на вештачкиот нерв да детектира различни сензации на допир со тоа што можеше да ги разликува Брајовите букви. Во друг тест тие превртеа цилиндар над сензорот во различни насоки и беа во можност прецизно да ја детектираат точната насока на движењето. Така, овој уред е во состојба да го подобри препознавањето на предметите и фината тактилна обработка на информации како што се препознавање текстура, читање брајово писмо и разликување на рабовите на предметите.
Иднината на вештачкиот сетилен нервен систем
Оваа технологија за вештачки нерви е во многу рана фаза и не го достигна потребното ниво на сложеност, но даде огромна надеж за создавање вештачки облоги на кожата. Јасно е дека таквите „покривки“ ќе бараат и уреди за откривање топлина, вибрации, притисок и други сили и сензации. Тие треба да имаат добра способност да се вградуваат во флексибилни кола за да можат ефективно да се поврзат со мозокот. За да ја имитира нашата кожа, уредот треба да има поголема интеграција и функционалност што ќе го направи постабилен и сигурен.
Оваа технологија за вештачки нерви може да биде благодет за протетика и да ги врати сензациите кај лицата со ампутирање. Протетските уреди се многу подобрени во текот на годината со повеќе достапна технологија за 3D печатење и повеќе одговорни роботски системи. И покрај овие надградби, повеќето протетски уреди достапни денес треба да се контролираат на многу груб начин бидејќи не обезбедуваат добар задоволувачки интерфејс со мозокот поради недостигот на инкорпорирање на сложеноста на огромниот човечки нервен систем. Уредот не дава повратни информации и на тој начин пациентот се чувствува многу незадоволен и ги отфрла порано или подоцна. Таквата технологија за вештачки нерви кога успешно ќе се вгради во протетиката ќе обезбеди допир информации за корисниците и ќе им помогне на пациентите да им обезбедат подобро искуство. Овој уред е голем чекор кон создавање сензорни невронски мрежи слични на кожата за различни апликации со давање моќ на рефлекс и чувство на допир.
***
Извор (и)
Јеонгин К и сор. 2018. Биоинспириран флексибилен органски вештачки аферентен нерв. наука. https://doi.org/10.1126/science.aao0098
***
