Учен, допринесъл за патент на връзка между човешки нерви и

Учен, съдействал за патент на връзка сред човешки нерви и електроника, построява в София лаборатория по невротехнологии. До края на годината в нея стартират да изследват взаимоотношението на мозъка с вградени електроди.

Как ще става това и киборги ли ще излизат от лабораторията, описа пред Dir.bg и 3eNews нейният основател доцент Димитър Проданов - доктор и информатик, откривател в една от водещите в света научни организации в региона на наноелектрониката и цифровите технологии - Междууниверситетския център за микроелектроника IMEC и откривател в Института по осведомителни и информационни технологии (ИИКТ) на Българска академия на науките.

- Доц. Проданов, създавате лаборатория по невротехнологии в България, разкажете на какъв стадий е?

- Набираме екипа сега. Лабораторията е част от плана VIBraTE, с който спечелихме финансиране от Европейска комисия и към този момент се построява в границите на ИИКТ. Плановете ни са да проработи още тази година. Проектът е за 5 години и преди да изтече ще има теоретични резултати, а пробните ще дойдат 2 - 3 години откакто проработи лабораторията.

- Нови имплантируеми устройства ли ще вършиме?

- Ние не можем да създадем нещо конкурентно на IMEC и други групи с десетилетен опит. Моята концепция е ние да изследваме въпроси, които те нямат време и потенциал да изследват, т.е. ние да се нареждаме като сътрудник в екосистемата на невротехнологиите. В лабораторията ще се моделират и изследват свойствата, геометрията и механичните резултати при взаимоотношение на мозъка с вградени електроди.

Вибрациите, както подсказва абревиатурата на наименованието на плана VIBraTE (вибрация), ще се изследват главно, защото това е проблем, който се неглижира в литературата, а изисква по-комплексен метод.

Ние ще изследваме по какъв начин придвижванията на мозъка влияят върху електродите и противоположното. Ще се създадат 2 проучвателен установки, които особено това нещо да го мерят. Ние ще моделираме процеса и установките, с цел да сме сигурни, че това, което мерим има смисъл и вследствие на този развой към този момент данните, които се получат, ще са меродавни и за обстановки, в които ние нямаме пряк достъп, като човешкия мозък. Ние няма да тръгнем да вграждаме нещо на пациенти, ние ще работим в модели - ще опитвам в обекти-фантоми.

Фантомът е опростена система, примерно призрак на човешки мозък е гел със съответния, размер, компактност и други характерности. Може да се създадат тук разнородни по трудност фантоми, според от това какво съответно желаеме да измерим. Има групи в Института по полимери, както и компании, които се занимават с биопринтиране. Те имат това ноу хау да създадат гел по избрана спецификация. Ще им дам спецификацията и ще имаме " мозък " за съответния опит.

- С какви импланти ще експериментирате?

- Ние ще използваме съществуващи дизайни на силициеви електроди - те са за животни. Ще използваме дизайни и за хора, които са за дълбокомозъчна стимулация - това са твърди железни електрорди. Ще използваме и нещо забавно, като структурите на Мъск - гъвкави електроди, които обаче ние ще моделираме.

- Суперкомпютърът на ИИКТ влиза ли в програмата ви?

- Моделите може да се разработят на лоптоп, само че с цел да станат всички сметки в рационално време, би трябвало да се употребява суперкомпютър и мисля че " Авитохол " ще употребявам, защото това е част от Института. За разбор на данни несъмнено може да се употребява изкуствен интелект, само че не ChatGPT, а различен. Ще имаме и детайл на компютърни симулации. Те са доста скъпи, в случай че се интерпретират вярно, т.е. в случай че вярно се вземат под внимание всички гранични условия. Затова е значимо да съпоставяме с някакъв опит и ще преценим до каква степен нашите модели са положителни. Имаме противоположна връзка сред моделиране и призрак.

- Какви са приложенията на мозъчните импланти, към този момент?

- Неинвазивни, като лепенки, са единствено ЕЕГ-електродите. Има много компании, които вършат ЕЕГ-шапки - примерно има игри въз основата на такива шапки, има и за релаксация. Човек, в случай че има някакви проблеми със съня - поставя това нещо и слуша музика. ЕЕГ шлемове се оферират в Амазон със съответната програмка и като си я инсталираш тя ти чете ЕЕГ от 4 канала. То е малко шумно, само че става за някои приложения, примерно да разбере дали мозъкът ти е в Алфа или в Бета темп и може да ти покаже съответни картинки, звуци, прожекции, тъй че да си оправиш настроението. Това, апропо, оказва помощ на хиперактивни деца да си концентрират вниманието.

От останалите - инвазивните, едни от най-хубавите приложения са вагусовите електроди - маншети, които се импанетират в шията, като се завиват към самия вагусов нерв, който управлява вегетативната нервна система. Това е много дейно да вземем за пример за рефракторна меланхолия (депресията, която не дава отговор на нормалните фармакологични лечения). За превъзмогване на парализа, да вземем за пример, по школите на проф. Мигел Николелис или проф. Донахю, се вграждат електроди в мозъчната кора, където се декодира придвижването и по-късно се вграждат електроди на равнището на гръбначния мозък, които подтикват мускулите.

- Няма ли заплаха от странични резултати?

- Не непосредствено. Наблюдават се промени в кръвообращението, само че това са местни резултати. Ние тъкмо това ще изследваме. Ще тестваме тези теоретични предсказания с пробни данни, които към този момент има в литературата. Установено е, да вземем за пример, че към електродите се получава нещо като недоразвитост на тъканта. Образува се и цикатрикс - белег. Ето предходната година си порязах пръст - получи се на зарасналото място особена тъкан, само че за мозъка тя е по-специфична.

Опасността е от засягане на кръвоносен съд при имплантацията и възможен кръвоизлив, тъй че колкото е по-малко устройството и акуратен контролът в самата интервенция, толкоз по-нисък е рискът.

- Показахте в Българска академия на науките илюстрация по какъв начин човек с имплант в главата прави връзка с очите и вижда придвижването на компютърната мишка, това действителност ли е към този момент?

- Още не я вижда. Има такива протези още от 80-те години, само че те употребяват електроди, които съгласно мен, повреждат много тъканта. Това, съгласно мен, е пример на несполучлива протеза. В нея са вложени доста пари, само че за мен концепцията не работи по този метод. Аз по тази причина употребявам различен метод - метод, с който в плана опитваме да изясним по какъв начин взаимодействат електродите с мозъка. След като изясним въпроса, ние може да проектираме по-добри геометрии на тези електроди. Материалите ще дойдат като резултат на условия. Ние ще произведем спецификации, жестоко казано.

- С концепцията да се реализира връзката: мозък - компютър ли?

- Да, само че това не е в съответните рамки на плана ни. Това може да бъде паралелна или следваща активност, в случай че притеглим финансиране от промишлеността и към този момент профилирани принадлежности.

Целта на нашия план е да построи потенциал, да покълне семенцето от пръстта. Ако вършим, примерно артикул за лекуване на епилепсия, той няма да чете задни мисли - той ще разпознава евентуално епилептичен пристъп и ще подтиква мозъка по този начин, че да се потисне това нещо.

Ако вършим артикул, обвързван с вагусовия нерв, това е напълно друга технология, не споделям, че ще го вършим, единствено означавам, че тогава ние просто ще подтикваме по избрана скица, тъй като там няма потребност да се чете някаква противоположна връзка. По отношение на паркинсоновата болест има доста какво да се желае, по отношение на твърдите електроди - да се създадат гъвкави, което още не се прави от промишлеността, тъй като не се осъзнава значимостта на казуса. Така че, в случай че създадем такива гъвкави електроди в колаборация с компании, които да ги създават, това ще бъде огромен триумф.

Ние работим на равнища - концептуализация, математически модел, проява във призрак. Оттам нататък би трябвало друга активност, различен план или сътрудник, комерсиален или теоретичен, който това нещо да го конкретизира като подобаващ първообраз и технология, с цел да се стигне до артикул, който да е разполагаем на пазара.

- Имате принос за два патента, разкажете?

- Приносът не е единствено мой. И двете разработки са резултат на екипна работа и са интелектуална благосъстоятелност IMEC. Единият патент беше за изгражданe 3D система от култивирани тъкани - " резенчета " от мозък за тестване на разнообразни вещества. Това нещо стартира да набира известност като in vitro системи, които да понижат използването на опитни животни. Как се прави в този момент - взимат се човешки стволови кафези и се индуцират в създаване на съответните тъкани.

В момента се създават така наречен други възможности на тестването върху животни, тъй като в психиатрията и неврологията имаше няколко звучни неуспеха на вещества, които са разработвани в животни, пък не работят при хора и се преценя, че е по-добре да се работи в човешки тъкани, човешки индуцирани структури, в сравнение с някакви скотски. Виждам, че 10 години, откакто хвърлихме семенцето стартират да се употребяват такива неща.

Другият патент е за няколко технологии за интерфейс - за обработване на кафези, които може да са ГМО и да вършат някакъв тип междинно свързване сред електроника и нервна система. Направихме няколко концептуални дизайна по какъв начин това ще стане в централната нервна система, в периферната нервна система и това стартира да се осъществя.

Изкуственият разсъдък ликвидира човечеството до 2030 година, считат специалисти

- Продуктът на лабораторията, която тук създавате по европейския план, чия благосъстоятелност ще бъде - на IMEC, на Европейска комисия, или българска?

- Европейска комисия няма благосъстоятелност върху продуктите, те са на изпълнителите. Тя ги финансира безплатно, т.е. създадената интелектуална благосъстоятелност ще е наша - на българския Институт по осведомителни и информационни технологии.

- Имахте ли огромна конкуренция?

- Да. Това беше общоевропейски конкурс за страните от групата за " разширение на присъединяване в европейското научно пространство " - Източна Европа плюс Кипър, Гърция и Португалия. Това е специфичен инструмент, с който Европейски Съюз дава опция на странитекато България, които дават повече пари, в сравнение с получават, да привлекат водещи откриватели, да изградят научни групи, които да ги създадат по-конкурентоспособни. Целта е да се построи потенциал, който да разреши както в допълнение финансиране от страна на Европейски Съюз, по този начин и взаимоотношение с локалната и европейска промишленост, които да способстват по-нататъшното развиване. Това е късмет, който се дава от Европейска комисия на конкурентни начала.

- Как стои България в бранша на невротехнологиите?

- Има някакви действия, само че те са доста фрагментарни, този план е най-същественото. С моята поява се пробвам да катализирам нещата. Разбирането по какъв начин вградените електроди взаимодействат с мозъчната тъкан ще помогне да се усили оптимално капацитетът на технологията. Тук има школа и по неврохирургия, и по сърдечно съдова, а и сътрудниците са по-склонни към нововъведения, в сравнение с в други страни. Можех и другаде да осъществявам концепцията си, само че реших, че е по-добре в България. Аз станах член на Клъстер " Изкуствен разсъдък " в България. Забелязвам интерес от страна на компаниите, които се занимават с изкуствен интелект, въпреки да не сме толкоз близки в тематично отношение. Има компании, които са заинтригувани от приложенията на невротехнологиите, има и такива, които работят в региона на прецизни датчици, които също демонстрират интерес. В някои от опитите ние тъкмо това планираме да мерим - дребни сили, дребни отмествания.

- Очаквате ли реакции от вида: Ето, основават киборги?

- Имам един добър другар в IT бранша и когато тръгвах към Холандия и му споделих каква ще ми е дисертацията, той тъкмо по този начин изреагира - " а, значи ти ще правиш мишки-киборги ". Още не съм ги направил, само че съм все по-близо към задачата. Даже на отбраната си употребих един кадър от " Междузвездни войни " - отрязаната ръка на Дарт Вейдър със стърчащите жички и споделих - това желаеме да създадем, само че още не сме стигнали до такава степен. Ние вършим опитни постановки, не вършим киборги. Хората четат научна фантастика, то е хубаво, само че ние изобщо не сме на подобен стадий.

Доц. Димитър Проданов откакто приключва " Хуманна медицина " в МУ -София, стартира научна кариера в Нидерландия, става стипендиант на Международната организация за проучване на мозъка (IBRO), организира проучвания в региона на невронауките в белгийски университети, а от 2008 година е на научна работа в Interuniversity Microelectronics Centre - IMEC, където изследва дълбокомозъчна стимулация и записи с висока компактност от мозъка. Асоцииран откривател е в института Neuroelectronics Research Flanders. Доц. Проданов има приноси за 2 патента и голям брой разработки в областта на нанотехнологиите, изчислителната биология и лечебната модулация на мозъчната интензивност. От 2009 година работи и в новата научна област " невроинформатика ". Той е откривател и в ИИКТ на Българска академия на науките, където сега построява новата лаборатория по невротехнологии.