नेचर न्यूरोसाइंस के नवीनतम अंक के अनुसार, एक नया अध्ययन पुष्टि करता है कि कैलिफोर्निया इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड (एफयूएस) तकनीक एक "ऑनलाइन" मस्तिष्क-कंप्यूटर इंटरफ़ेस (बीएमआई) का आधार बन सकती है जो मस्तिष्क गतिविधि को पढ़ सकती है और मशीन लर्निंग के साथ प्रोग्राम किए गए डिकोडर के माध्यम से इसका अर्थ समझ सकती है, जिससे बेहद कम विलंबता और आंदोलन की सटीक भविष्यवाणी के साथ कंप्यूटर को नियंत्रित किया जा सकता है।
शारीरिक रिकॉर्डिंग विमान और व्यवहार संबंधी कार्य। छवि स्रोत: भौतिक विज्ञानी संगठन नेटवर्क
2021 में, कैलटेक शोधकर्ताओं ने कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके मस्तिष्क गतिविधि को पढ़ने का एक तरीका विकसित किया, जो एक बहुत कम आक्रामक तकनीक है।
अल्ट्रासाउंड इमेजिंग उच्च-आवृत्ति ध्वनि स्पंदनों का उत्सर्जन करके और फिर मानव शरीर में विभिन्न ऊतकों जैसी सामग्रियों में इन ध्वनि कंपनों की गूँज को मापकर काम करती है। ध्वनि तरंगें इन ऊतक प्रकारों में अलग-अलग गति से यात्रा करती हैं और उनके बीच की सीमाओं पर परावर्तित होती हैं। इस तकनीक का उपयोग आमतौर पर गर्भ में भ्रूण की तस्वीरें लेने और अन्य नैदानिक इमेजिंग के लिए किया जाता है।
क्योंकि खोपड़ी ध्वनि तरंगों के लिए अभेद्य है, अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके मस्तिष्क इमेजिंग के लिए खोपड़ी में एक पारदर्शी "खिड़की" की आवश्यकता होती है। अल्ट्रासाउंड तकनीक को मस्तिष्क में ही प्रत्यारोपण की आवश्यकता नहीं होती है, जो संक्रमण की संभावना को काफी कम कर देता है और मस्तिष्क के ऊतकों और उसके सुरक्षात्मक ड्यूरा मेटर को बरकरार रखता है।
न्यूरोनल गतिविधि में परिवर्तन से ऑक्सीजन जैसे चयापचय संसाधनों के उपयोग में परिवर्तन हो सकता है। इन संसाधनों की पूर्ति रक्त के माध्यम से की जाती है, जो कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड की कुंजी है। इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में रक्त के प्रवाह में परिवर्तन को मापने के लिए अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया। जैसे एक एम्बुलेंस सायरन दूरी के साथ पिच बदलता है, लाल रक्त कोशिकाएं ध्वनि के स्रोत के पास पहुंचते ही परावर्तित अल्ट्रासाउंड तरंगों की पिच बढ़ा देती हैं, और स्रोत से दूर जाने पर पिच कम कर देती हैं।
इस डॉपलर प्रभाव को मापकर, शोधकर्ता मस्तिष्क में एक बाल की चौड़ाई के बराबर 100 माइक्रोन के स्थानिक क्षेत्र में रक्त के प्रवाह में छोटे बदलावों को रिकॉर्ड कर सकते हैं। वे एक साथ पूरे मस्तिष्क में व्यापक रूप से वितरित तंत्रिका कोशिकाओं की छोटी आबादी की गतिविधि को मापने में सक्षम थे, जिनमें से कुछ 60 न्यूरॉन्स जितनी छोटी थीं।
शोधकर्ताओं ने गैर-मानव प्राइमेट्स के पोस्टीरियर पैरिएटल कॉर्टेक्स (पीपीसी) में मस्तिष्क की गतिविधि को मापने के लिए कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया, जो आंदोलनों की योजना बनाने और उन्हें निष्पादित करने में मदद करने के लिए जिम्मेदार क्षेत्र है। जानवरों को दो काम सिखाए गए: स्क्रीन पर कर्सर का मार्गदर्शन करने के लिए अपने हाथ हिलाना और स्क्रीन के विशिष्ट हिस्सों को देखने के लिए अपनी आँखें घुमाना। उन्हें वास्तव में अपनी आँखें या हाथ हिलाने के बजाय केवल कार्य करने के बारे में सोचना होता है, क्योंकि बीएमआई उनके मस्तिष्क की गतिविधि को पढ़ सकता है।
अल्ट्रासोनिक डेटा वास्तविक समय में डिकोडर को भेजा जाता है, जो फिर कर्सर को वांछित स्थान पर ले जाने के लिए नियंत्रण संकेत उत्पन्न करता है। बीएमआई एक छोटी सी औसत त्रुटि के साथ 8 रेडियल लक्ष्यों के लिए सफलतापूर्वक ऐसा करने में सक्षम था।