Een nieuw implantaatapparaat voor een hersen-computerinterface dat zo dun is als papier, wordt door het onderzoeksteam beschouwd als een belangrijke schakel in de toekomst van mens-computerinteractie. Het heet "Biocortical Interface System" (BISC). Het hele systeem draait rond een ultradunne en ultrakleine enkele chip, maar kan een supersnel tweerichtingsdatakanaal tot stand brengen tussen de hersenen en externe computers en zelfs kunstmatige-intelligentiesystemen zonder de schedelruimte significant binnen te dringen.

Het onderzoeksteam is van mening dat deze technologie naar verwachting de diagnose en behandeling van vele soorten neurologische ziekten zoals epilepsie, dwarslaesie, ALS, beroerte en blindheid zal veranderen, en ook een infrastructuur kan worden voor een directere samenwerking tussen mensen en kunstmatige intelligentie.

Anders dan traditionele "ingeblikte" elektronische hersencomputerinterfaces, comprimeert BISC alle belangrijke circuits zoals versterkers, dataconversie, radiofrequentietransceivers en energiebeheer in een uitgedunde CMOS-chip. De dikte is ongeveer 50 micron en het totale volume is slechts ongeveer 3 kubieke millimeter. Het kan als een nat weefsel in de kleine ruimte tussen de schedel en het hersenoppervlak glijden en zich aanpassen aan de kromming van het hersenoppervlak. Er zijn meer dan 65.000 elektroden geïntegreerd op de chip, die zorgen voor 1.024 gelijktijdige opnamekanalen en meer dan 16.000 stimulatiekanalen. Vervolgens verzendt het gegevens tot 100 Mbps vanuit de schedel via een op maat gemaakte ultra-breedband draadloze verbinding - deze draadloze doorvoer zou "minstens twee ordes van grootte hoger zijn dan bestaande draadloze hersencomputersystemen."

Wat de systeemarchitectuur betreft, bestaat BISC uit drie delen: een implantaat met één chip dat verantwoordelijk is voor direct contact met de hersenen, een 'relaisstation' dat op het lichaamsoppervlak wordt gedragen, en een reeks speciale software en instructiesets. De geïmplanteerde chip wordt door het relaisstation via de draadloze stroomverbinding van stroom voorzien en voltooit tegelijkertijd de snelle overdracht van enorme neurale gegevens via ultrabreedbandradiofrequentie; terwijl het relaisstation verschijnt als een gewoon Wi-Fi-apparaat in het externe netwerk, waardoor elke computer toegang heeft tot de "herseninterface" zoals een router. Op basis van de grootschalige neurale gegevens die door dit platform zijn verzameld, hebben de onderzoekers machine learning- en deep learning-modellen getraind en getest voor het decoderen van intenties, percepties en interne toestanden, waarbij ze het belang van interfaces met hoge bandbreedte voor 'het lezen en schrijven van de hersenen' hebben geverifieerd.

Op het klinische pad hebben neurochirurgie- en epilepsieteams van Columbia University en NewYork-Presbyterian Hospital implantatieoperaties in diermodellen onderzocht en de haalbaarheid van de chip geverifieerd voor langdurige en stabiele registratie van neurale signalen van het hersenoppervlak; Momenteel vorderen de eerste onderzoeken bij mensen, waarbij de nadruk vooral ligt op kortetermijnregistratie tijdens operaties. Artsen benadrukten dat BISC de chip via een kleine incisie in de subdurale ruimte kan brengen en geen penetratie van hersenweefsel of het gebruik van draden nodig heeft om het implantaat aan de schedel te bevestigen, waardoor theoretisch het risico op weefselreactie en signaalverzwakking op de lange termijn wordt verminderd. Het project heeft ook samengewerkt met teams zoals de Universiteit van Pennsylvania om uitgebreide preoperatieve experimenten uit te voeren op de motorische en visuele cortex. Sommige onderzoekers zijn optimistisch over het potentieel ervan als een toekomstig multimodaal neuraal interfaceplatform dat licht, geluid, enz. integreert.

Om de technologie te promoten in de richting van toepassingen in de echte wereld, hebben onderzoekers van Columbia University en Stanford University medeoprichter van het spin-off bedrijf Kampto Neurotech. Onder leiding van een van de kerningenieurs van het project ontwikkelt het een commerciële versie voor preklinisch onderzoek en zoekt het naar middelen om de langetermijntoepassing ervan bij mensen te bevorderen. Het team is van mening dat BISC, vertrouwend op de "grootschalige productie"-voordelen van volwassen halfgeleiderprocessen, de huidige vergelijkbare implanteerbare apparaten ver overtreft in termen van schaalbaarheid en prestatie-indicatoren, en een duurzaam iteratieplatform biedt voor toekomstige hersen-AI-fusiesystemen. Met de snelle ontwikkeling op het snijvlak van kunstmatige intelligentie en neurale engineering verwachten onderzoekers dat dit soort volledig draadloze, programmeerbare brein-computerinterface met ultrahoge resolutie niet alleen de behandeling van neurologische ziekten zal hervormen, maar ook het fundamentele model van menselijke interactie met machines en zelfs co-existentie met kunstmatige intelligentie kan veranderen.

Samengesteld uit /scitechdaily