Ученые создали сверхтонкий чип для мозга, который в 100 раз быстрее аналогов
- Ученые из США разработали ультратонкий мозговой имплант BISC, передающий нейронную активность беспроводно со скоростью до 100 Мбит/с, что в 100 раз быстрее аналогов.
- Имплант содержит 65 536 электродов, интегрированы радиомодуль и система беспроводного питания, и его разработка может революционизировать лечение эпилепсии и взаимодействие мозга с ИИ.
Исследователи из США представили ультратонкий мозговой имплант BISC, который беспроводно передает нейронную активность с высокой скоростью. Один кремниевый чип с десятками тысяч электродов может помочь в лечении эпилепсии, паралича, потери зрения и создать новый тип взаимодействия мозга с ИИ.
Новый мозговой имплант под названием Biological Interface System to Cortex, или BISC, был разработан совместно специалистами Колумбийского университета, больницы NewYork-Presbyterian, Стэнфордского университета и Университета Пенсильвании. Его ключевая особенность - чрезвычайно малые размеры в сочетании с высокой скоростью передачи данных между мозгом и внешними компьютерными системами. Об этом рассказывает 24 Канал со ссылкой на Science Daily.
Смотрите также Ученые объяснили, как возникло сознание и при чем здесь птицы
Как работает BISC и почему этот имплант считают прорывом?
BISC является полноценным интерфейсом мозг–компьютер, построенным на одном кремниевом чипе. Имплант настолько тонкий, что может размещаться в пространстве между черепом и мозгом, фактически лежа на коре, не проникая в ткани. По словам одного из руководителей проекта Кена Шепарда, большинство современных имплантов требуют громоздких блоков электроники внутри тела, тогда как BISC - это один интегрированный микрочип, похожий на влажный лист бумаги.
Архитектуру системы состоит из самого импланта, внешней носимой станции-реле и программной среды для работы с данными. Станция передает питание и данные через специальный сверхширокополосный радиоканал со скоростью до 100 Мбит/с - это как минимум в 100 раз больше, чем у существующих беспроводных BCI.
Как пишет Scitechdaily, над анализом нейронных сигналов работал Андреас Толиас из Стэнфорда, который имеет большой опыт обучения моделей искусственного интеллекта на массивных нейронных записях. По его словам, BISC фактически превращает поверхность коры мозга в высокоскоростной портал для обмена данными с ИИ и внешними устройствами, открывая путь к адаптивным нейропротезам и лечению нейропсихиатрических расстройств, в частности эпилепсии.
Клиническую часть исследования координировал нейрохирург Бретт Янгерман из Колумбийского университета. Он отмечает, что устройство сочетает высокое разрешение сигналов с минимальной инвазивностью. Команда уже получила грант Национальных институтов здоровья США для применения BISC в лечении лекарственно-резистентной эпилепсии.
Технически имплант содержит 65 536 электродов, 1 024 канала записи и 16 384 канала стимуляции. Чип изготовлен по полупроводниковым стандартам, имеет толщину около 50 мкм и объем примерно 3 мм³ - менее одной тысячной объема типичных имплантов. В него интегрированы радиомодуль, система беспроводного питания, блоки управления, преобразователи данных и аналоговые схемы для записи и стимуляции.
Вся электроника реализована на одной CMOS-микросхеме, изготовленной по технологии TSMC 0,13 мкм BCD, которая сочетает цифровую логику, мощные аналоговые функции и элементы управления питанием. Это позволило радикально уменьшить размеры и повысить надежность системы.
Во время доклинических и начальных клинических исследований имплант показал стабильные высококачественные записи. Его можно вводить через небольшое отверстие в черепе и размещать без электродов, проникающих в мозг, или проводов, прикрепленных к кости. Такая конструкция снижает раздражение тканей и риск деградации сигнала со временем.
Отдельные исследования в моторной и зрительной коре выполнялись вместе с учеными из Стэнфорда и Университета Пенсильвании. Исследователи считают, что дальнейшая миниатюризация откроет путь к имплантам, которые взаимодействуют с мозгом также с помощью света или звука.
Для коммерческого развития технологии команда создала стартап Kampto Neurotech, который уже производит исследовательские версии чипа и готовит систему к более широкому клиническому применению. По мнению разработчиков, сочетание беспроводной работы, сверхвысокого разрешения записи и алгоритмов ИИ может изменить подход к лечению неврологических болезней и будущее взаимодействие человека с машинами.
Действительно ли мы используем всего 10% возможностей своего мозга?
Во-первых, вообще невозможно, чтобы 90% мозга не использовались или использовались не в полной мере. Наш мозг сформирован в процессе естественного отбора. Его масса составляет 2 – 3% массы целого тела и он потребляет 20% кислорода и питательных веществ. Другими словами, это дорого выращивать и использовать мозговую ткань. Поэтому маловероятно, чтобы организм тратил 1/5 часть всех ресурсов на содержание слабо задействованного органа.
Данные клинической неврологии и нейропсихологии также отрицают этот миф. Обе науки имеют дело с последствиями повреждения мозга. По словам специалистов, даже незначительные повреждения мозговой ткани имеют серьезные последствия, сказывающиеся на жизнедеятельности человека. Например, вследствие инсульта (нарушение мозгового кровообращения) происходит повреждение частей головного мозга. В зависимости от того, где именно произошло повреждение будут наблюдаться те или иные нарушения. Человек может потерять способность улыбаться, говорить или шевелить конечностями. А пациенты в вегетативном состоянии, когда повреждено почти 50% мозговой ткани, вообще теряют способность оставаться в сознании, то есть думать, вспоминать, воспринимать и обрабатывать информацию привычным способом. Если бы 90% мозга действительно оставались незадействованными – такие процессы бы не происходили.