Най-тънкият мозъчен имплант с 65 000 електрода прехвърля данните със скорост 100Mbps

Учени разработиха миниатюризирания мозъчен имплант BISC, който е с дебелина само 50 микрометра – почти като лист хартия. Чипът включва повече от 65 000 електрода, поддържа 1024 канала за едновременен запис и 16 384 канала за стимулация, като осигурява високоскоростна безжична комуникация с мозъка. В предклиничните изпитания и първите тестове с хора BISC показа стабилно записване на невронната активност и обещава да помогне за лечението на епилепсия, инсулт и други.

Неврокомпютърните интерфейси (BCI) регистрират слабите електрически сигнали от невроните, за да установят връзка между мозъка и компютъра. Традиционните медицински устройства използват множество отделни микроелектронни компоненти – усилватели, преобразуватели на данни, радиопредаватели и схеми за управление на захранването – за да направят това. Всички тези елементи заемат място, затова лекарите обикновено имплантират голям електронен блок, като премахват част от черепа или поставят устройството в гръдния кош, и след това прокарват кабели до мозъка.

Новият имплант BISC представлява единичен силициев чип с дебелина само 50 микрометра и обем 3 mm³ – по-малко от 1/1000 от обема на типичното устройство. Той включва повече от 65 000 електрода, 1 024 канала за едновременен запис и 16 384 канала за стимулация. BISC може да се огъва, за да възпроизведе формата на мозъчната повърхност, и не се нуждае от кабели.

Чипът включва цялата необходима електроника за работа на интерфейса: приемо-предавател, безжична система за захранване, цифрова логика, преобразуватели на данни и аналогови компоненти за запис и стимулиране на нервната активност.

Външната ретранслаторна станция, захранвана с батерии, осигурява захранване на импланта и позволява свръхшироколентова радиокомуникация със скорост до 100 Mbps – повече от 100 пъти по-бърза от всяка друга безжична BCI. За външните устройства станцията работи като обикновено Wi-Fi устройство.

Предклиничните тестове показват, че BISC надеждно записва невронните сигнали и ги предава с висока точност. В момента се провеждат предварителни тестове върху хора с краткосрочен запис по време на операции. Имплантът се поставя през малък разрез в черепа и се разполага на повърхността на мозъка без проникване на електродите, което намалява реакцията на тъканите и запазва качеството на сигнала във времето.

Устройството BISC създава минимално инвазивен, високопроизводителен комуникационен канал между мозъка и външни компютри, който позволява да се контролират припадъците, да се възстановяват двигателните, говорните и зрителните функции и да се преобразува невронната активност в команди за изкуствен интелект и външни устройства. Тази технология открива нови възможности за адаптивно невропротезиране и лечение на заболявания като епилепсия, инсулт и амиотрофична латерална склероза.

BISC е създаден от изследователски екипи от Колумбийския и Станфордския университет, Нюйоркската презвитерианска болница и Университета на Пенсилвания като част от програмата за невроинженерство на Министерството на отбраната на САЩ DARPA. За комерсиализацията на технологията е създадена компанията Kampto Neurotech, която разработва клинични версии на чипа и го подготвя за употреба от хората.