پژوهشگران "دانشگاه کارنگی ملون" (CMU)، پیشگام ارائه فناوری جدیدی موسوم به "آرایه کارنگی ملون" (CMU Array) هستند. این فناوری، نوع جدیدی از آرایه میکروالکترودی برای پلتفرم‌های رابط مغز و رایانه است و شاید بتواند به پزشکان در درمان اختلالات عصبی کمک کند.

به نقل از نانومگزین، این فناوری موسوم به "آرایه میکروالکترودی با چگالی فوق‌العاده بالا" (MEA) که به صورت سه‌بعدی در مقیاس نانو چاپ شده، کاملا قابل تنظیم شدن است. این بدان معناست که بیمارانی که به صرع مبتلا هستند یا از عدم عملکرد اندام به دلیل سکته رنج می‌برند، روزی می‌توانند درمان پزشکی شخصی‌سازی‌شده را برای نیاز‌های فردی خود داشته باشند.

این همکاری، ترکیبی از تخصص "راهول پانات" (Rahul Panat)، دانشیار مهندسی مکانیک و "اریک ایتری" (Eric Yttri)، دانشیار علوم زیستی دانشگاه کارنگی ملون است. این گروه پژوهشی، جدیدترین روش میکروساخت موسوم به "چاپ سه‌بعدی جت آئروسل" (Aerosol Jet ۳D printing) را برای تولید آرایه‌هایی به کار بردند که موانع اصلی طراحی سایر آرایه‌های "رابط مغز و رایانه" (BCI) را حل می‌کند.

پانات توضیح داد: چاپ سه‌بعدی جت آئروسل، سه مزیت عمده دارد. کاربران می‌توانند آرایه‌های میکروالکترودی با چگالی فوق‌العاده بالا را متناسب با نیاز‌های ویژه خود سفارشی‌سازی کنند. این آرایه‌ها می‌توانند در سه بعد در مغز کار کنند، چگالی آن‌ها بیشتر است و بدین ترتیب، قوی‌تر هستند.

رابط‌های مغز و رایانه مبتنی بر آرایه‌های میکروالکترودی با چگالی فوق‌العاده، نورون‌های مغز را به تجهیزات الکترونیکی بیرونی برای نظارت یا تحریک فعالیت مغز متصل می‌کنند. آن‌ها اغلب برای کاربرد‌هایی مانند دستگاه‌های پروتز عصبی، اندام‌های مصنوعی و ایمپلنت‌های بینایی، به منظور انتقال اطلاعات از مغز به اندام‌هایی استفاده می‌شوند که عملکرد خود را از دست داده‌اند. همچنین رابط‌های مغز و رایانه، کاربرد‌های بالقوه‌ای را در درمان بیماری‌های عصبی مانند صرع، افسردگی و اختلال وسواس فکری-عملی دارند. در هر حال، این دستگاه‌ها با محدودیت‌هایی همراه هستند.

دو نوع دستگاه رابط مغز و رایانه محبوب وجود دارد. قدیمی‌ترین آن "آرایه یوتا" (Utah array) است که در "دانشگاه یوتا" (University of Utah) توسعه یافته و در سال ۱۹۹۳ به ثبت رسیده است. این آرایه مبتنی بر سیلیکون، میدانی از پین‌ها یا ساقه‌های کوچک را به کار می‌گیرد که می‌توانند مستقیما به مغز وارد شوند تا تخلیه الکتریکی از نورون‌ها را در نوک هر پین تشخیص دهند.

دومین نمونه، "آرایه میشیگان" (Michigan array) است که روی تراشه‌های سیلیکونی صاف و ظریف چاپ می‌شود. این آرایه، الکترون‌هایی را که روی تراشه‌ها می‌آیند، می‌خواند. با توجه به محدودیت‌های طراحی، هر دوی این آرایه‌ها فقط قادر به ضبط در یک صفحه دوبعدی هستند. این بدان معناست که آن‌ها را نمی‌توان برای مطابقت با نیاز‌های هر بیمار یا برنامه شخصی‌سازی کرد.

آرایه دانشگاه کارنگی ملون، متراکم‌ترین رابط مغز و رایانه است، اما تقاضا برای نمونه‌های با کیفیت بالاتر وجود دارد. نمونه‌هایی که برای کنترل اعمال مجازی روی رایانه یا حرکات پیچیده اندام استفاده می‌شوند، با محدودیت‌های فناوری کنونی همراه هستند. برنامه‌های پیشرفته‌تر به نمونه‌هایی نیاز دارند که برای هر شخص، سفارشی‌سازی شده باشند.

ایتری گفت: اکنون در عرض چند روز می‌توانیم یک دستگاه دقیق را متناسب با نیاز‌های بیمار یا شخص آزمایش‌کننده تولید کنیم. علاوه بر این، اگرچه فناوری‌هایی مانند تحریک قشر بینایی و کنترل اندام مصنوعی با موفقیت توسط مردم استفاده می‌شوند، اما توانایی شخصی‌سازی سیستم کنترل در مغز می‌تواند راه را برای پیشرفت‌های قابل توجه در این زمینه هموار کند.

پانات پیش‌بینی می‌کند که ممکن است پنج سال طول بکشد تا آزمایش‌های انسانی را ببینیم و حتی بیشتر طول بکشد تا شاهد استفاده تجاری باشیم. این گروه پژوهشی هیجان‌زده هستند که این فرآیند موفقیت‌آمیز را در اختیار سایر پژوهشگران این حوزه قرار دهند تا آزمایش طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها را آغاز کنند.

پانات افزود: گام بعدی ما، همکاری با "مؤسسه ملی بهداشت آمریکا" (NIH) و سایر شرکای تجاری است تا این یافته‌ها را در سریع‌ترین زمان ممکن به آزمایشگاه‌های دیگر برسانیم.