Самый тонкий мозговой имплант с 65 000 электродами передает данные со скоростью 100 Мбит/с

Ученые разработали миниатюрный мозговой имплантат BISC толщиной всего 50 микрометров — почти размером с лист бумаги. Чип включает в себя более 65 000 электродов, поддерживает 1024 канала одновременной записи и 16 384 канала стимуляции, обеспечивая высокоскоростную беспроводную связь с мозгом. В доклинических испытаниях и первых испытаниях на людях BISC продемонстрировал надежную регистрацию нейронной активности и обещает помочь в лечении эпилепсии, инсульта и многого другого.

Нейрокомпьютерные интерфейсы (BCI) записывают слабые электрические сигналы от нейронов, чтобы установить связь между мозгом и компьютером. Для этого в традиционных медицинских устройствах используется множество отдельных микроэлектронных компонентов — усилителей, преобразователей данных, радиопередатчиков и схем управления питанием. Все эти элементы занимают место, поэтому врачи обычно имплантируют большой электронный блок, удалив часть черепа или поместив устройство в грудную клетку, а затем подводят провода к мозгу.

Новый имплантат BISC представляет собой одиночный кремниевый чип толщиной всего 50 микрометров и объемом 3 мм³ – менее 1/1000 объема типичного устройства. Он включает в себя более 65 000 электродов, 1024 канала одновременной записи и 16 384 канала стимуляции. BISC может изгибаться, имитируя форму поверхности мозга, и для этого не требуются кабели.

Чип включает в себя всю необходимую электронику для работы интерфейса: приемопередатчик, беспроводную систему питания, цифровую логику, преобразователи данных и аналоговые компоненты для записи и стимуляции нейронной активности.

Внешняя ретрансляционная станция с батарейным питанием обеспечивает питание имплантата и обеспечивает сверхширокополосную радиосвязь на скорости до 100 Мбит/с — более чем в 100 раз быстрее, чем любой другой беспроводной BCI. Для внешних устройств станция работает как обычное Wi-Fi-устройство.

Доклинические испытания показывают, что BISC надежно записывает нервные сигналы и передает их с высокой точностью. В настоящее время проводятся предварительные испытания на людях с кратковременной записью во время операций. Имплантат вводится через небольшой разрез в черепе и позиционируется на поверхности мозга без проникновения электродов, что снижает реакцию тканей и сохраняет качество сигнала с течением времени.

Устройство BISC создает минимально инвазивный высокопроизводительный канал связи между мозгом и внешними компьютерами, который позволяет контролировать судороги, восстанавливать двигательные, речевые и зрительные функции, а нейронную активность переводить в команды для искусственного интеллекта и внешних устройств. Эта технология открывает новые возможности для адаптивного нейропротезирования и лечения таких заболеваний, как эпилепсия, инсульт и боковой амиотрофический склероз.

BISC был создан исследовательскими группами из Колумбийского и Стэнфордского университетов, пресвитерианской больницы Нью-Йорка и Пенсильванского университета в рамках нейроинженерной программы Министерства обороны США DARPA. Для коммерциализации технологии была создана компания Kampto Neurotech, которая разрабатывает клинические версии чипа и готовит его для использования человеком.