Оптоволоконные нейроинтерфейсы

Смартлинки как нельзя лучше подходят для создания нейроэлектронных интерфейсов. Нервы высокоорганизованных живых существ состоят из множества передающих волокон. В берцовом нерве человека насчитывается более 50 тысяч нервных волокон, а в спинном мозге (весьма условно) до десяти миллионов! Смартлинки позволяют соединить десятки и сотни тысяч каналов одним разъемом, который может иметь сечения, совпадающие с размерами нервов. Нейроэлектронный оптоволоконный интерфейс для передачи информации в мозг (патент РФ № 2327202) представляет собой пучок оптических аксонов, размещенных в общей оболочке. В процессе вживления имплантата оптоаксоны распределяются в нейроструктуре. При соответствующей тренировке нейроны будут u1086 образовывать с оптоаксонами синаптические связи так же, как это происходит при обучении людей новым навыкам. Основным элементом оптоаксона служит световод диаметром 5–10 мкм (рис.9.20). На его торце размещена наноструктура, содержащая миниатюрный фотоэлемент и разрядник, покрытые слоем резистивного вещества, а затем слоем диэлектрика толщиной 5–10 нм. Световой импульс от передающей матрицы смартлинка проходит через световод и, попадая на слой фотоактивного вещества (например, аморфного кремния), преобразуется в электрический импульс, заряжая наноструктуру до определенного потенциала. Возникший переносный внеклеточный потенциал через слои диэлектрика и межклеточную жидкость действует на мембраны синапсов нейронов, поляризуя их. Это заставляет открываться и

закрываться ионные каналы, управляемые чувствительными к электрическому полю белками, реализуя принцип поляризационной связи. После окончания действия светового импульса наноструктура разряжается через область резистивного вещества. Оптоволоконные нейроинтерфейсы могут использоваться при протезировании органов зрения и слуха, реабилитации парализованных больных, лечении серьезных психических заболеваний.

Для передачи информации из мозга в электронные структуры разработаны принимающие нейроинтерфейсы (патент РФ №2333526, http://www.fips.ru/russite) В них по оптоволоконным световодам свет передается к нейронной структуре, модулируется в зависимости от активности ближайшего нейрона и отражается обратно в комбинированную матрицу, где преобразуется в электрическую форму (рис. 9.21). Эти интерфейсы могут использоваться для управления протезами и технологическими средствами, транспортом и оружием. На

их основе будут созданы удобные и внешне невидимые технические средства связи и управления. Разработка и внедрение имплантируемой электроники позволят улучшить жизнь людей еще сильнее, чем телевидение и интернет. Нейроинтерфейсы объединят уникальный феномен мышления людей с мощностью и скоростью электронных машин. Глобальные информационные сети постепенно превратятся в гигантские мыслящие биоэлектронные нейросети, обладающие таким могучим интеллектом, который сейчас трудно даже представить. Мировой рынок имплантируемой электроники только формируется. Но емкость его очень быстро вырастет до миллиардов долларов.

Все преимущества смартлинков и технологии ИМКС базируются, прежде всего, на аппаратной избыточности, а это своего рода недостаток. Для реализации ИМКС необходимо избыточное количество оптических волокон, избыточное количество фотоприемников, нужны коммутаторы и процессоры. Они будут занимать место на кристалле, которое раньше занимали межсоединения. Тем не менее, миниатюризация элементов микросхем, освоившая нанометровый диапазон размеров, продолжается. Она быстро сведет этот недостаток к минимуму, а преимущества умных соединений останутся! Чтобы сделать очередной шаг вперед и научиться создавать нейроинтерфейсы, имплантируемую электронику и, в конечном итоге, киборгов, нужно научиться создавать надежные многоканальные соединения с количеством связей на уровне десятков и сотен тысяч. Первым шагом в решении этой проблемы стала разработка технологии ИМКС. Возможно, появятся другие технологии. Но пока их нет – нужно разрабатывать то, что есть. Так что большого выбора нет. Сама природа за миллиарды лет эволюции не придумала ничего лучше избыточности. Избыточность смартлинков – необходимая, но не очень высокая плата за надежность, полиморфность, регенеративность и, самое главное, за высокую плотность оптических соединений, не достижимую больше никакими другими средствами.