Новый микрочип превращает мозг в сверхскоростной компьютерный интерфейс
Исследователи из Колумбийского университета, Нью-Йоркской пресвитерианской больницы, Стэнфорда и Пенсильванского университета представили новейшую платформу интерфейса «мозг-компьютер» (BCI), которая способна значительно расширить возможности нейротерапии и взаимодействия человека с техникой. Работа опубликована в журнале Nature Electronics.
Система, получившая название BISC (Biological Interface with the Surface of Cortex), построена на ультратонком одночиповом имплантате, который передает нейронные данные по беспроводной связи с рекордной скоростью, занимая при этом минимальное пространство. Устройство нацелено на широкий спектр применений: от лечения эпилепсии до восстановления двигательных, речевых и зрительных функций у людей с параличом, инсультом, БАС или слепотой.
«Наша цель — создать минимально инвазивный канал связи с мозгом, который при этом обеспечивает высокую производительность», — отмечают исследователи.
Миниатюрный нейроинтерфейс
Традиционные BCI состоят из множества компонентов: усилителей, преобразователей данных, радиомодулей и систем питания, которые размещаются в массивном имплантате. BISC заменяет все это единой комплементарной КМОП-микросхемой размером всего 50 микрометров. Профессор Кен Шепард из Колумбийского университета объясняет:
«Гибкий чип размером около 3 мм³ лежит на поверхности коры мозга словно влажная бумага».
Имплантат оснащен 65 536 электродами, 1024 каналами записи и 16 384 каналами стимуляции.
Вся обработка сигналов, преобразование, передача данных и управление питанием выполняются на одном кристалле. По словам Шепарда, интеграция всех функций на одной микросхеме делает интерфейс компактным, безопасным и мощным. Данные передаются на носимую «ретрансляционную станцию», питаемую от аккумулятора, которая через сверхширокополосный канал обеспечивает скорость до 100 Мбит/с — более чем в сто раз быстрее, чем у аналогичных BCI. Станция также создает беспроводное соединение с любым внешним компьютером.
Минимальная инвазивность и клинический потенциал
Имплантат можно установить через маленький разрез в черепе, уложив его на поверхность мозга без проникновения в ткани и без проводов, соединяющих устройство с костью.
«Это снижает реакцию тканей и улучшает качество долгосрочного сигнала. BISC сочетает высокое разрешение и пропускную способность, что может изменить подход к лечению эпилепсии, паралича и других неврологических заболеваний», — отмечает нейрохирург Бретт Янгерман из Колумбийского университета.
Доклинические испытания показали эффективность системы при стимуляции двигательной и зрительной коры, а «экстремальная миниатюризация» чипа дает возможность для будущих интерфейсов, взаимодействующих с мозгом через свет или звук.
Платформа для будущих технологий
По словам Андреаса Толиаса из Стэнфорда, система превращает поверхность коры мозга в высокоскоростной портал связи с искусственным интеллектом и внешними устройствами. BISC может стать основой для нейропротезирования, интерфейсов «мозг-ИИ» и лечения неврологических и нейропсихиатрических расстройств.
Чтобы выйти за пределы лаборатории, команды основали компанию Kampto Neurotech для разработки коммерческих версий чипа и подготовки к клиническому применению. Основатель компании Нанью Цзэн подчеркивает:
«BISC — это принципиально новый подход к BCI, который многократно превосходит существующие системы», — подчеркивает основатель компании Нанью Цзэн
«Наша цель шире! Создать будущее, где мозг и ИИ смогут взаимодействовать напрямую — не только для науки, но и на благо человека», — заключает Шепард
