Τα νευρικά εμφυτεύματα μπορούν να βοηθήσουν στη θεραπεία διαταραχών του εγκεφάλου, όπως η νόσος του Πάρκινσον και η επιληψία, τροποποιώντας άμεσα τις μη φυσιολογικές δραστηριότητες – και ο Xilin Liu του Πανεπιστημίου του Τορόντο εργάζεται με μικροηλεκτρονική και τεχνητή νοημοσύνη για να κάνει αυτή την αναδυόμενη τεχνολογία ασφαλέστερη και πιο έξυπνη. «Οι νευρώνες μιλούν μεταξύ τους εν μέρει μέσω ηλεκτρικών σημάτων και ένα θεραπευτικό νευρικό εμφύτευμα παράγει ηλεκτρική διέγερση—σαν βηματοδότης για τον εγκέφαλο», λέει ο Liu, επίκουρος καθηγητής στο Faculty of Applied Science & Engineering.
«Σε περιπτώσεις τρόμου ή επιληπτικών κρίσεων, η διέγερση επιχειρεί να επαναφέρει τους νευρώνες σε φυσιολογική κατάσταση. Είναι σαν το ερέθισμα να απενεργοποιεί και να ενεργοποιεί τα νευρωνικά δίκτυα – σχεδόν σαν την επανεκκίνηση ενός υπολογιστή, αν και σίγουρα δεν είναι τόσο απλό. Οι επιστήμονες δεν καταλαβαίνουν ακόμη πλήρως πώς λειτουργεί.»
Η ομάδα του Liu ενσωματώνει νευρικά εμφυτεύματα σε μικροσκοπικά τσιπ πυριτίου μέσω της ίδιας διαδικασίας για την κατασκευή τσιπ που χρησιμοποιούνται στους σημερινούς υπολογιστές και τα smartphone. Αυτή η τεχνολογία, που αναφέρεται ως CMOS για συμπληρωματικούς ημιαγωγούς μεταλλικού οξειδίου, τους επιτρέπει να μειώσουν τις φυσικές διαστάσεις και την κατανάλωση ενέργειας της συσκευής, ελαχιστοποιώντας έτσι τους κινδύνους που σχετίζονται με την αρχική χειρουργική επέμβαση και τη μακροχρόνια χρήση του εμφυτεύματος.
«Έχουμε αναπτύξει πολλές νέες τεχνικές μικροηλεκτρονικού σχεδιασμού, όπως ηλεκτρική διέγερση υψηλής ακρίβειας με εξισορρόπηση φορτίου», λέει ο Liu. «Προσπαθούμε να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα από πολλές διαφορετικές οπτικές γωνίες». Ο Liu είναι μέρος του νευροτεχνολογικού κέντρου CRANIA, μια συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου του Τορόντο και του Πανεπιστημιακού Δικτύου Υγείας, που συγκεντρώνει ηλεκτρολόγους και μηχανικούς υπολογιστών μαζί με νευροεπιστήμονες, επιστήμονες δεδομένων και υλικού και κλινικούς γιατρούς.
Μαζί, ερευνούν τρόπους βελτίωσης της υγείας του εγκεφάλου και χαράσσουν εναλλακτικές θεραπευτικές πορείες, ειδικά για όσους δεν ανταποκρίνονται καλά στα τρέχοντα φάρμακα. Σε ένα πρόσφατο έργο, ο Liu και η ομάδα του προσπάθησαν να αξιοποιήσουν τη δύναμη της τεχνητής νοημοσύνης για να μεγιστοποιήσουν την κλινική αποτελεσματικότητα των εμφυτευμάτων και να ελαχιστοποιήσουν τις αρνητικές επιπτώσεις της υπερβολικής διέγερσης.