Учёные создали сверхтонкий чип с 65 тысячами электродов для прямого контакта с мозгом
Группа исследователей из Колумбийского университета, Нью-Йоркской пресвитерианской больницы, Стэнфордского и Пенсильванского университетов представила революционную платформу интерфейса «мозг-компьютер». Новая система, получившая название BISC (Biological Interface System to Cortex), построена вокруг сверхтонкого однокристального импланта, способного беспроводным способом передавать нейронные данные с беспрецедентной скоростью.
Устройство предназначено для широкого спектра применений: от контроля эпилепсии до восстановления двигательных, речевых и зрительных функций у людей, страдающих от паралича, бокового амиотрофического склероза, последствий инсульта или слепоты. Исследователи отмечают, что их цель — создать минимально инвазивный канал связи с мозгом высокой пропускной способности для двустороннего обмена данными.
В отличие от традиционных систем, которые состоят из множества громоздких компонентов, имплантированных в череп, BISC представляет собой единую гибкую интегральную схему толщиной всего 50 микрометров. Её объём составляет примерно 3 кубических миллиметра. По словам одного из ведущих авторов работы, профессора Колумбийского университета Кена Шепарда, чип ложится на поверхность коры головного мозга «как кусочек влажной салфетки». При этом на кристалле интегрировано 65 536 электродов, 1024 канала для записи нейронной активности и 16 384 канала для стимуляции.
Все функции — от усиления сигнала и оцифровки данных до беспроводной связи и управления питанием — выполняются на этом единственном чипе. Такая интеграция, как отмечают учёные, позволяет сделать интерфейсы значительно меньше, безопаснее и мощнее. Чип взаимодействует с небольшой носимой «ретрансляционной станцией», которая питает имплант по беспроводной связи и передаёт его данные по специальному радиоканалу со скоростью до 100 Мбит/с, что более чем в 100 раз превышает показатели современных беспроводных аналогов. Эта же станция выступает в роли Wi-Fi-устройства, создавая прямое сетевое соединение между мозгом и внешним компьютером.
Андреас Толиас, соавтор исследования и сооснователь проекта Enigma в Стэнфорде, заявил, что платформа превращает поверхность коры головного мозга в эффективный портал для высокоскоростной и минимально инвазивной двусторонней связи с искусственным интеллектом и внешними устройствами. По его мнению, масштабируемость системы откроет путь к созданию адаптивных нейропротезов и интерфейсов «мозг-ИИ» для лечения неврологических и нейропсихиатрических заболеваний.
Клинические испытания показали, что устройство может быть установлено через минимальный разрез в черепе и размещено на поверхности мозга без проникновения в ткань и без проводов, привязывающих имплант к кости. Нейрохирург Бретт Янгерман, один из клинических руководителей проекта, подчеркнул, что этот подход сводит к минимуму реакцию ткани и улучшает долгосрочное качество сигнала. По его словам, устройство такого высокого разрешения и пропускной способности способно революционизировать лечение неврологических заболеваний.
Уже получено финансирование от Национальных институтов здоровья США для изучения применения BISC в лечении лекарственно-устойчивой эпилепсии. Доклинические исследования в моторной и зрительной коре проводились совместно с учёными из Стэнфорда и Университета Пенсильвании. Профессор Бижан Песаран назвал «экстремальную миниатюризацию» BISC многообещающей основой для будущих имплантируемых технологий.
Для коммерциализации разработки команды из Колумбийского и Стэнфордского университетов создали стартап Kampto Neurotech. Компания работает над созданием коммерческих версий чипа для исследовательских целей и его подготовкой для клинического применения. Инженер-руководитель проекта и основатель компании Нанью Цзен заявил, что BISC представляет собой принципиально новый способ создания интерфейсов «мозг-компьютер», превосходящий конкурирующие системы на порядки.
Исследования проводились при поддержке программы DARPA (Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США) по нейроинженерии. Как отметил Кен Шепард, более широкая цель работы — подготовиться к будущему, в котором мозг и системы искусственного интеллекта смогут беспрепятственно взаимодействовать не только в научных целях, но и для блага человека, преобразуя методы лечения неврологических расстройств и способы взаимодействия людей с машинами.