Neurotechnológia közérthetően

Mi a neurotechnológia?

A neurotechnológia azoknak az eszközöknek és módszereknek az összessége, amelyekkel az idegrendszer aktivitását mérjük, értelmezzük vagy befolyásoljuk. Az OECD neurotechnológiai eszköztára (Neurotechnology Toolkit, 2024) úgy határozza meg, mint „természetes személyek neurális rendszereinek szerkezetéhez és működéséhez való hozzáférésre, azok monitorozására, vizsgálatára, értékelésére, manipulálására és/vagy emulálására használt eszközök és eljárások” (saját fordítás). 2025 novemberében az UNESCO tagállamai elfogadták a neurotechnológia etikájáról szóló ajánlást (Recommendation on the Ethics of Neurotechnology), a terület első globális keretrendszerét.

A szó tág kört fed le: a hajszálnál is vékonyabb elektródot, amely egyetlen idegsejtet hallgat; a fejre helyezhető viselhető eszközt, amely a fejbőrön át olvassa az agyi ritmusokat; a beültetett stimulátort, amely enyhíti a remegést; az agy–számítógép interfészt, amely az idegi aktivitást kurzormozgássá alakítja; és a szoftvert, amely mindezeket a jeleket értelmezi. Közös bennük a technológia és az idegrendszer közötti közvetlen kapcsolat.

A neurotechnológia fő típusai

A legtöbb neurotechnológia a következő négy dolog közül egyet vagy többet tesz.

• Elvezetés. Az idegi aktivitás mérése: az egyes idegsejtek elektromos impulzusai, idegsejtpopulációk összegzett aktivitása vagy lassabb kémiai és anyagcsere-jelek. A mikroelektródos elektrofiziológia az időben legfinomabb felbontású módszer.
• Stimuláció. Energia, többnyire elektromos áram bejuttatása az idegi aktivitás kiváltására vagy csendesítésére. Klinikai példa a cochleáris implantátum és a mély agyi stimuláció; a laboratóriumban a stimulációval azt tesztelik, mit csinál egy idegi hálózat.
• Interfész. A neurális interfész olyan eszköz, amely az idegrendszerből jeleket vezet el, vagy stimulálja azt. A Royal Society 2019-es iHuman című jelentése a neurális interfészeket olyan, „a testbe beültetett vagy külsőleg viselt” eszközökként írja le, amelyek „képesek az agy és a perifériás idegrendszer aktivitásának elvezetésére vagy stimulálására”. Az agy–számítógép interfész (BCI) egy neurális interfész és az a számítástechnika együtt, amely az elvezetett aktivitást paranccsá, vagy a parancsot stimulációvá alakítja.
• Értelmezés. Jelfeldolgozás, statisztika és gépi tanulás, amelyek a nyers mérésekből értelmes információt állítanak elő: melyik idegsejt tüzelt, mi volt a személy szándéka, hogyan viselkedik a szövet. Ide tartozik egyre inkább a neuromorf hardver is, amely a jeleket magának az idegrendszernek a mintájára dolgozza fel.

Mit vár a kísérleti idegtudomány a neurotechnológiától?

A kísérleti idegtudomány az idegrendszert ellenőrzött kísérletekkel vizsgálja, gyakran állatokon, szöveten vagy sejteken. Haladása az eszközeitől függ: azt a kérdést, hogyan hangolják össze működésüket az idegsejtek, csak olyan eszközzel lehet feltenni, amely egyszerre sok idegsejtből vezet el, ezredmásodperces időzítéssel, anélkül, hogy megváltoztatná, amit azok egyébként is tettek volna.

Ez az utolsó feltétel a nehéz. Minden agyba vezetett szonda szövetet mozdít ki a helyéről, és az okozott károsodás a méretével együtt nő. A neurális interfészek tervezésének egyik központi problémája ezért az, hogy az elektródokat a jel elvesztése nélkül tegyük kisebbé, és hogy több elektródból vezessünk el a vezetékezés megsokszorozása nélkül. Publikált munkáink pontosan erre a problémára irányulnak:

• jULIEs: 30 µm-nél vékonyabb, üvegszigetelésű fémszálak nanostrukturált hegyekkel, amelyek az impedanciát elég alacsonyra szorítják ahhoz, hogy egyes idegsejteket lehessen elvezetni és stimulálni; egereken tesztelve (Journal of Neural Engineering, 2022).
• CHIME: ilyen szálakból álló kötegek, amelyeket közvetlenül tömeggyártott CMOS erősítőchipekre nyomnak, hogy az elvezetés a chipiparral együtt skálázódhasson (Frontiers in Neuroscience, 2020).
• Mikrohuzal-kötegek kamera- és kijelzőchipeken: akár 8640 huzal egyetlen chipen, elvezetés retinából és ébren futó egerekből (Science Advances, 2020, stanfordi munkatársakkal).

Ezek mindegyike kísérleti neurotechnológia: lektorált, laboratóriumi állatokon bemutatott, és nem klinikai eszköz. A technológia oldalunkon minden platform mellett feltüntetjük a bizonyítottsági szintjét.

Mi az onkológiai neurotechnológia?

Az onkológiai idegtudomány azt vizsgálja, hogyan hat egymásra a rák és az idegrendszer. Az elmúlt évtizedben kimutatta, hogy a gliómák, a leggyakoribb rosszindulatú elsődleges agydaganatok, kapcsolatokat alakítanak ki az idegsejtekkel, és reagálnak az idegi aktivitásra (Venkatesh et al., Nature, 2019; áttekintés: Mancusi & Monje, Nature, 2023, és Winkler et al., Cell, 2023).

Onkológiai neurotechnológián a neurotechnológia alkalmazását értjük erre a kölcsönhatásra: az élő szövet elektromos és fizikai-kémiai állapotának mérését az agydaganat és a környező agy határán, neurális interfészekkel, elektrokémiával, impedanciaméréssel, spektroszkópiával és számítógépes elemzéssel. A cél az, hogy kiderítsük, mely mérések reprodukálhatók, hogyan viszonyulnak egymáshoz a különböző fizikai tartományokból származó jelek, és hogy együttesen adnak-e hasznos többletinformációt a képalkotáshoz és a molekuláris patológiához képest. Ez egy aktív kutatási program; diagnosztikai vagy sebészeti eszközt még nem kínál. A kutatás oldalunk ismerteti az öt kutatási irányt.

Transzlációs neurotechnológia

A transzlációs neurotechnológia az a munka, amelynek során egy laboratóriumi módszerből olyasmi lesz, ami klinikai vagy kereskedelmi környezetben megbízhatóan használható. Ez lassabb, mint a szalagcímek sugallják. Egy publikált kísérlet és egy klinikai eszköz között ott áll az analitikai validálás, a preklinikai bizonyítékok, a használhatósági és munkafolyamat-vizsgálatok, a minőségirányítás, a hatósági engedélyezés, a klinikai vizsgálatok és a jelenlegi gyakorlattal való összevetés. A megadott szabadalom, mint a szabadalmak oldalunkon felsorolt kettő, azt rögzíti, hogy egy találmányt nyilvánosságra hoztak és újdonság szempontjából megvizsgáltak; nem bizonyíték arra, hogy a találmány embereken működik.

Neuromorf BCI

A neuromorf számítástechnika olyan hardvert használ, amelynek felépítése az idegrendszerek mintáját követi: sok egyszerű egység dolgozik párhuzamosan, központi óra helyett ritka eseményeken keresztül kommunikálnak, és a memória és a feldolgozás gyakran ugyanott található. Egy neuromorf agy–számítógép interfész ilyen hardverben dolgozná fel az idegi jeleket, az elektródok közelében, ahelyett, hogy minden nyers mintát egy hagyományos számítógépre továbbítana. A lehetséges előnyök: kisebb energiafelhasználás, kisebb késleltetés és kevesebb mozgatandó adat. Hogy ezek az előnyök egy adott feladatnál valóban megvannak-e, azt hagyományos referenciával összevetve kell megmérni. E labor számára ez kutatási irány, nem megépített platform.

További olvasnivaló

• OECD. OECD Neurotechnology Toolkit (2024), valamint az OECD neurotechnológiai témaoldala.
• UNESCO. Recommendation on the Ethics of Neurotechnology (ajánlás a neurotechnológia etikájáról), amelyet a Közgyűlés 2025 novemberében fogadott el.
• The Royal Society. iHuman: Blurring lines between mind and machine (2019).
• Mancusi R, Monje M. The neuroscience of cancer. Nature, 2023.
• Winkler F, et al. Cancer neuroscience: state of the field, emerging directions. Cell, 2023.

Ezek a munkánkat megalapozó független publikációk; nem a labor saját írásai.