Rikky Muller, a Kaliforniai Egyetem Berkeley villamosmérnöki és számítástechnikai tanszékének docense, közel húsz évvel ezelőtt találkozott először a neurotechnológia lenyűgöző világával. Egy konferencián olyan technológiát látott, amely akkor szinte elképzelhetetlennek tűnt: agyi idegi jeleket rögzítő chipek, amelyek ezeket a jeleket felhasználva robotkarokat irányítottak.
„A fejem majdnem felrobbant attól, amit láttam. Alig hittem el,” emlékezett vissza Muller. „Rögtön felismertem, milyen hatalmas lehetőséget rejt magában az idegrendszeri betegségek kezelésében, és milyen mélyreható hatással lehet a betegek életére.”
A Muller Lab küldetése: Alacsony fogyasztású, vezeték nélküli mikroelektronikai rendszerek fejlesztése
Muller ma is szenvedéllyel dolgozik ezen a területen a saját kutatócsoportjában, a Muller Labben, amely az idegrendszeri alkalmazásokra szánt alacsony energiafogyasztású, vezeték nélküli mikroelektronikai és integrált rendszerek fejlesztésére fókuszál.
Legújabb projektjeiről és azok egészségügyi alkalmazásairól nemrégiben adott interjút a Berkeley Engineeringnek, ahol részletesen beszélt arról, hogyan változtathatják meg ezek az innovációk a mindennapi betegellátást.
Kihívások az implantálható és viselhető orvosi eszközök tervezésében
Milyen főbb nehézségekkel szembesülnek az ilyen eszközök fejlesztése során?
Muller csoportja olyan orvosi eszközöket fejleszt, amelyek képesek monitorozni, diagnosztizálni és kezelni az idegrendszeri rendellenességeket. Ezek az eszközök teljes körű rendszereket alkotnak, amelyek kapcsolatban állnak az aggyal és a perifériás idegrendszerrel, ötvözve érzékelőket, integrált áramköröket, vezeték nélküli technológiát és gépi tanulást.
A legnagyobb kihívásuk olyan készülékek létrehozása, amelyek minimálisan invazívak, ultraalacsony fogyasztásúak és biztonságosan beültethetők vagy hordhatók a testen. Emellett egyre intelligensebbé és személyre szabottabbá kívánják tenni ezeket az eszközöket.
„Az emberek között hatalmas különbségek vannak mind az agyi jelekben, mind a terápiás válaszokban – például neurostimuláció vagy gyógyszeradagolás esetén – ezért fontos, hogy az eszközök folyamatosan figyeljék a biomarkereket és autonóm módon állapítsák meg a legjobb kezelési módot.”
Az emberi test mint kihívás az elektronikai eszközök számára
A test környezete rendkívül zord az elektronikák számára:
- Víz alapú közeg: Az emberi test nagy része vízből áll, ami nem kedvez az elektronikai komponenseknek.
- Idegen test elutasítása: A szervezet természetes védekezése miatt fontos minimalizálni a testbe ültetett anyagok méretét.
- Hőmérséklet-érzékenység: A túlzott hőtermelés szövetkárosodáshoz vezethet.
- Fertőzésveszély: A vezeték nélküli kialakítás csökkenti ezt a kockázatot.
Ezek miatt az eszközöknek kisméretűnek, biokompatibilis anyagokból készültnek kell lenniük, rugalmasnak és kényelmesnek kell maradniuk anélkül, hogy károsítanák a szöveteket. Emellett minimális energiát kell fogyasztaniuk annak érdekében, hogy ne melegítsék túl a környező szöveteket.
Holografikus kommunikáció az aggyal – új neurotechnológiai áttörés
Muller legújabb projektje egy együttműködés eredménye Laura Waller (EECS professzor) és Hillel Adesnik (molekuláris biológia és idegtudomány docense) részvételével. Ez a technológia még fejlesztés alatt áll, de már most izgalmas lehetőségeket rejt magában.
A kérdés: hogyan kommunikáljunk kétirányúan egyszerre akár ötvenezer neuronnal egy köbmilliméter agykéregben anélkül, hogy károsítanánk azt? Jelenleg nincs olyan eszköz, amely képes lenne erre természetes időskálán működve.
A megoldás fény alapú kommunikáció lehet: optogenetika segítségével módosított neuronok fluoreszcens fényt bocsátanak ki és fényjeleket is képesek fogadni. Az általuk fejlesztett műszer háromdimenziós pontfelhő hologramokat generál – így célzottan tudnak fényt irányítani meghatározott neuronokra anélkül, hogy megsértenék az agyszövetet.
A rendszer gyors váltási képessége révén valós időben tudnak kommunikálni több tízezer neuronnal – ez egyfajta nagysebességű optikai adatbevitelt jelent az agy számára. Ez alapvetően új távlatokat nyithat az idegtudományban: megérthetjük majd pontosabban az idegi hálózatok kialakulását, működését és a betegségek lefolyását.
Kényelmes EEG-felvétel fülhallgatóval – éberségfigyelő eszköz kialakítása
Muller korábban egy olyan fülhallgatót is fejlesztett kollégáival (köztük Ana Arias professzorral), amely képes felismerni az álmosság jeleit – különösen hasznos lehet például fáradt sofőrök számára.
A készülék ötlete az Apple AirPods inspirációjából született. Céljuk egy kényelmesen hordható, rugalmas anyagból készült fülhallgató volt, amely EEG-jeleket tud rögzíteni anélkül, hogy egyedi formára lenne szükség.
- A fülhallgató flexibilis elektronikával készült a kényelmes illeszkedés érdekében.
- Alacsony fogyasztású vezeték nélküli érzékelők kapcsolódnak hozzá.
- A készüléket klinikai EEG-vel vetették össze – például epilepszia vagy alvászavarok monitorozására használt módszerekkel.
- Képes volt felismerni szemmozgásokat (szemnyitást-zárást), relaxációs hullámokat és más álmosságra utaló jeleket.
- Egy Forddal közös kutatás során gépi tanulási modellel sikerült pontosan detektálni az álmosságot több felhasználónál is – ráadásul személyre szabás nélkül is működött.
Biorobotika az elhízás és cukorbetegség kezelésében – ARPA-H támogatással
2025-ben Muller laboratóriuma ARPA-H támogatást kapott egy bioelektronikus implantátum fejlesztésére, amely segíthet az elhízás és cukorbetegség kezelésében. A cél egy olyan zárt hurkú gyógyszeradagoló rendszer létrehozása, amely folyamatosan szabályozza a beadott dózist.
Jelenleg például GLP-1 alapú gyógyszereket hetente egyszer kell beadni injekció formájában. Ezek dózisa azonban ingadozik a hét folyamán. Az implantátum hosszabb távon stabil adagolást biztosítana.
A technológia lényege továbbá fluoreszcencia-alapú szenzorok alkalmazása lesz: ezek mérik majd a beadott gyógyszer mennyiségét valós időben. Így automatikusan beállítható lesz a megfelelő dózis – ezáltal javítva a terápiás eredményeket és csökkentve a mellékhatások kockázatát.
Mesterséges intelligencia szerepe az implantálható orvosi eszközök jövőjében
Muller szerint az AI kulcsfontosságú lesz abban, hogy ezek az eszközök még intelligensebbek legyenek. Korábban minden páciens esetében külön kellett betanítani dekódoló algoritmusokat az agyi jelek értelmezésére – mivel minden agy másképp működik.
Most azonban lehetőség nyílik arra is, hogy maga az eszköz tartalmazzon mesterséges intelligenciát egyetlen chipen belül. Ez azt jelenti, hogy nem kell adatokat küldeni távoli szerverekre elemzésre; helyben történik meg minden döntés valós időben.
„Ez olyan lesz mintha egy apró orvos lenne beültetve magába az eszközbe.”
Muller szerint ez jelenti majd a jövőt: önállóan működő okoseszközök segítik majd a betegek kezelését gyorsabban és hatékonyabban mint valaha.
Forrás: https://engineering.berkeley.edu/news/2025/10/with-these-devices-the-doctor-is-always-in/