Nanosondy mohou zlepšit ovládací rozhraní pro kontrolu počítačů

- Technologie autor: Ladislav Loukota

Ačkoliv je dnes celá civilizace závislá na počítačích, není žádným tajemstvím, že lidská interakce se stroji je značně omezená. Počítače možná mezi sebou komunikují extrémními rychlostmi - my však s nimi komunikujeme poměrně omezenou paletou rozhraní, mezi něž typicky patří klávesnice a myš. Pokud bychom však byli s to dorozumívat se se stroji rychleji - třeba rychlostí myšlenky v naší hlavě - leccos by se mohlo změnit. 

Ilustrační snímek

Ilustrační snímek,zdroj: Profimedia.cz

Podobná idea rozhodně není revoluční novinkou. Autoři sci-fi nad něčím podobným sní už mnoho dekád. Dokonce existují i pokusné a komerční snahy takový nápad v dohledné době zrealizovat. Například společnost Elona Muska jménem Neuralink se snaží právě řádově zlepšit dosavadní rozhraní mezi mozkem a strojem - právě tak se říká senzorům detekujícím mozkovou činnost, skrze níž lze následně předávat informace do počítačů. 

Objektivně lze říct, že první část tohoto spojení - tedy schopnost interpretovat mozkovou činnost - máme již dobře zvládnutou. Zatím však ne tak dobře, aby došlo na komerční aplikaci v příštích pár letech. K roku 2030 či nejpozději 2040 si ale již něco možná představit lze. Ačkoliv rozhodně neumíme "číst mysl" vždy, nejnovější pokrok na poli strojového učení a chápání mozkové činnosti například již přinesl algoritmy schopné rozeznat, na jaká konkrétní slova člověk pomyslel. 

Podobně dovedou lidé "silou myšlenky" ovládat robotické ruce nebo kurzory na obrazovce počítače v takové přesnosti, že se nad tím tají dech. V příštích letech tato přesnost interpretace mozkové činnosti nejspíše bude jenom dále růst. Problém je, že ona "síla myšlenky" je závislá také na schopnosti detekce mozkové činnosti. Pokud jsou algoritmy interpretující činnost mozku jakousi "řečí", nástroje čtoucí mozkovou aktivitu jsou jazykem, který jej vyslovuje. 

Dnešní detektory mají však v této analogii stále jistou "vadu řeči". Analýza mozkové činnosti typicky spoléhá na elektrofyziologii, tedy detekci mozkové činnosti skrze elektrické impulzy. Pro detailnější analýzu je však třeba do mozku implantovat mikroelektrody. Což celou aplikaci jaksi zhoršuje.

Je tomu jenom pár týdnů, co se sice objevila studie schopná dosáhnout přesnosti mikroelektrod i neinvazivní cestou ("shodou náhod" opět zvýšením čistoty EEG skrze strojové učení), přesto lze říct, že i tato metoda má zatím své limity. Především sotva dohání stávající mikroelektrody - jenže my bychom pro budoucí aplikace potřebovali i přesnost mikroelektrod výrazně zlepšit. 

Vítejte v nano světě

Nová studie Univerzity v Surrey v Anglii se právě o to snaží! Jejím cílem není jenom detekovat činnost jednotlivých shluků tkání mozku, dokonce ani shluků jednotlivých neuronových sítí - chce detekovat elektrickou činnost samotných jednotlivých buněk. Vnitrobuněčná elektrofyziologie by mohla být skutečně oním pověstným revolučním skokem kupředu! Teprve poslední dekádu jsme schopni podobně ovlivňovat buňky pomocí optogenetiky. 

Jenže ta má také své limity - zejména je potřeba, aby byl její subjekt geneticky upravený (jednotlivé neurony v rámci optogenetiky reagují laserové světlo - což neurony běžně jinak nedělají). Dosavadní snahy o vytvoření polí nanoelektrod přitom selhávala na nesnadné implementaci podobné ideje do praxe. Tým doktora Yunlonga Zhaoa ze Surrey však nyní spolu s dalšími kolegy s přidružených institucí oznámil úspěšnou aplikaci a test nanosondy ve formě tranzistoru na různé typy buněk!

Konkrétně se s nanosondami podařilo získat vnitrobuněčný signál o elektrické aktivitě z buněk srdečních a mozkových. Samozřejmě platí, že nynější aplikace je na míle vzdálená svému cíli - dostat propojené nanotranzistory do lidských neuronů i bez operace mozku a získávat tak extrémně přesné informace o mozkové činnosti v reálném čase. Lze však říct, že úspěšné propojení nanotranzistorů experimentálních s prvními buňkami v takovém cíli bude významným, byť nikoliv jediným nutným milníkem. 

"Naše ultramalé, ohebné nanosondy mohou být významným nástrojem pro měření vnitrobuněčných signálů o vysokém rozlišení," řekl Zhao ve vyjádření, "Technika má navíc výhodu ve svém dalším škálování, je méně nepříjemná než chirurgická řešení a nezpůsobuje poškození buněk. V naší práci jsme navíc demonstrovali, jak velikost i tvar nanosond mohou ovlivňovat příjem signálu." 

Studie byla publikována v Nature Nanotechnology.

Tagy: nanotechnologie věda a technika věda a poznání inovace a technologie