Учени представиха мозъчен микрочип, който предава мислите в реално време

Разработването на нов мозъчен имплант има потенциала радикално да промени начина, по който хората взаимодействат с компютрите, и да разшири подходите за лечение на състояния като епилепсия, увреждане на гръбначния мозък, амиотрофична латерална склероза, инсулт и загуба на зрение. Чрез създаването на минимално инвазивен, но високоефективен комуникационен канал с мозъка, технологията има потенциала да потисне гърчовете и да възстанови двигателните, говорните и зрителните функции.

Ключовото предимство на тази система е комбинацията от изключително малък размер и способността за предаване на информация с много високи скорости. Устройството е разработено чрез сътрудничество между Колумбийския университет, Нюйоркска-Презвитерианска болница, Станфордския университет и Университета на Пенсилвания. Това е интерфейс мозък-компютър (BCI), реализиран върху един силициев чип, който позволява безжична, високоскоростна комуникация между мозъка и външни изчислителни системи. Разработката се нарича Biological Interface System for the Cortex (BISC).

Проучването, публикувано в списание Nature Electronics, описва подробно архитектурата на BISC, която включва самия чип-базиран имплант, носима релейна станция и софтуер, който захранва цялата платформа.

Мозъчно-компютърните интерфейси (BCI) работят чрез четене и предаване на електрически сигнали, които невроните използват за обмен на информация. Съществуващите медицински BCI обикновено използват набор от отделни микроелектронни компоненти — усилватели, преобразуватели и радиомодули — разположени в сравнително голям имплантируем корпус. Този корпус е инсталиран или в черепната кухина, или другаде в тялото, като например гръдния кош, и е свързан с мозъка чрез проводници.

Системата BISC използва различен подход. Всички компоненти са интегрирани в една интегрална схема, произведена с помощта на CMOS технология и изтънена до 50 микрометра. Обемът ѝ е повече от хиляда пъти по-малък от този на стандартните импланти. Гъвкавият чип, с обем приблизително 3 mm³, може да се огъва и да се приспособява към формата на повърхността на мозъка. Това устройство за микроелектрокортикография (µECoG) съдържа 65 536 електрода, 1024 записващи канала и 16 384 стимулационни канала. Използването на индустриални полупроводникови технологии прави чипа подходящ за масово производство.

Микрочипът съдържа радиоприемник, безжично захранване, цифрова управляваща логика, устройство за управление на захранването, преобразуватели на данните и аналогови схеми, необходими за записване и стимулиране на невронната активност. Външна ретранслационна станция предава захранването и данните чрез специално разработен свръхшироколентов радиоканал със скорости до 100 Mbps — поне 100 пъти по-бързо от съществуващите безжични BCI. Тази станция, според принципа си на работа, напомня на Wi-Fi-устройство от стандарта 802.11 и позволява директно свързване на импланта към всеки компютър.

Освен това, BISC е оборудван със собствен набор от инструкции и усъвършенствана софтуерна среда, което ефективно го трансформира в специализирана изчислителна платформа за интерфейси мозък-компютър. Отчетеният в изследването високоскоростен запис на сигналите позволява прилагането на съвременни методи за машинно и дълбоко обучение за анализ на мозъчната активност, интерпретиране на сложните намерения, субективните усещания и различните състояния на съзнанието.