Ученые Лаборатории прикладной физики и Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса достигли важного прорыва в области неинвазивных нейроинтерфейсов (BCI). Их исследование, опубликованное в журнале Scientific Reports, демонстрирует возможность использования деформаций нервной ткани как нового сигнала для считывания информации из мозга.
В традиционных BCI используются инвазивные методы, требующие хирургических имплантатов, чтобы точно фиксировать нейронные сигналы. Теперь же предложен способ фиксировать мозговую активность без хирургического вмешательства, благодаря регистрации микроскопических деформаций ткани, возникающих при активации нейронов.
Для выявления этих деформаций исследователи использовали систему цифровой голографической визуализации (DHI), которая позволяет обнаруживать изменения высоты ткани размером в десятки нанометров. Система DHI работает на основе активного облучения нервной ткани лазером и регистрации отраженного света с помощью высокочувствительной камеры. Это позволяет получать изображение с высоким разрешением, фиксируя изменения скорости движения ткани.
Основной вызов заключался в том, чтобы отделить нужный сигнал от фоновых физиологических шумов, таких как кровоток и дыхание. Для этого команда разработала сложные методы обработки данных, что позволило связать зарегистрированные деформации с моментами активации нейронов. При этом ученые обнаружили, что фоновые сигналы также могут нести важную информацию о состоянии здоровья человека, расширяя потенциальные применения данной технологии.
Одним из важных побочных открытий стала способность системы неинвазивно измерять внутричерепное давление. Это открывает новые перспективы для клинического мониторинга, позволяя врачам следить за состоянием мозга пациентов без необходимости проводить инвазивные процедуры. Такая технология может оказаться незаменимой для оценки эффективности лечения или диагностики травм головного мозга.
Новые методы цифровой голографической визуализации позволяют проводить запись нейронной активности с высоким разрешением без хирургического вмешательства. Это открытие закладывает основу для дальнейших исследований в области нейронаук и разработки новых, более доступных интерфейсов мозг-компьютер, способных приносить пользу широкому кругу пациентов и открывать новые возможности в медицинской диагностике.