Ein neues Gehirn-Computer-Schnittstellenimplantat, das so dünn wie Papier ist, wird vom Forschungsteam als Schlüsselglied in der Zukunft der Mensch-Computer-Interaktion angesehen. Es trägt den Namen „Biocortical Interface System“ (BISC). Das gesamte System dreht sich um einen ultradünnen und ultrakleinen Einzelchip, kann jedoch einen Hochgeschwindigkeits-Zwei-Wege-Datenkanal zwischen dem Gehirn und externen Computern und sogar Systemen der künstlichen Intelligenz aufbauen, ohne den Schädelraum wesentlich zu beeinträchtigen.
Das Forschungsteam geht davon aus, dass diese Technologie die Diagnose und Behandlung vieler Arten neurologischer Erkrankungen wie Epilepsie, Rückenmarksverletzungen, ALS, Schlaganfall und Blindheit verändern und möglicherweise auch zu einer Infrastruktur für eine direktere Zusammenarbeit zwischen Menschen und künstlicher Intelligenz werden könnte.
Anders als herkömmliche „konservierte“ elektronische Gehirn-Computer-Schnittstellen komprimiert BISC alle wichtigen Schaltkreise wie Verstärker, Datenumwandlung, Hochfrequenz-Transceiver und Energieverwaltung in einem dünnen CMOS-Chip. Die Dicke beträgt etwa 50 Mikrometer und das Gesamtvolumen beträgt nur etwa 3 Kubikmillimeter. Es kann wie ein feuchtes Gewebe in den kleinen Raum zwischen Schädel und Gehirnoberfläche gleiten und sich der Krümmung der Gehirnoberfläche anpassen. Auf dem Chip sind mehr als 65.000 Elektroden integriert, die 1.024 gleichzeitige Aufzeichnungskanäle und mehr als 16.000 Stimulationskanäle ermöglichen. Anschließend überträgt es Daten mit bis zu 100 Mbit/s aus dem Schädel über eine maßgeschneiderte drahtlose Ultrabreitbandverbindung – dieser drahtlose Durchsatz soll „mindestens zwei Größenordnungen höher sein als bei bestehenden drahtlosen Gehirn-Computer-Systemen“.
In Bezug auf die Systemarchitektur besteht BISC aus drei Teilen: einem Einzelchip-Implantat, das für den direkten Kontakt mit dem Gehirn verantwortlich ist, einer „Relaisstation“, die auf der Körperoberfläche getragen wird, und einer Reihe spezieller Software- und Befehlssätze. Der implantierte Chip wird von der Relaisstation über die drahtlose Stromverbindung mit Strom versorgt und vervollständigt gleichzeitig die Hochgeschwindigkeitsübertragung massiver neuronaler Daten über Ultrabreitband-Radiofrequenz; während die Relaisstation als gewöhnliches Wi-Fi-Gerät im externen Netzwerk erscheint und es jedem Computer ermöglicht, wie ein Router auf die „Gehirnschnittstelle“ zuzugreifen. Basierend auf den umfangreichen neuronalen Daten, die von dieser Plattform gesammelt wurden, trainierten und testeten die Forscher Modelle für maschinelles Lernen und Deep Learning zur Dekodierung von Absichten, Wahrnehmungen und internen Zuständen und verifizierten so die Bedeutung von Schnittstellen mit hoher Bandbreite für das „Lesen und Schreiben des Gehirns“.
Auf dem klinischen Weg haben Neurochirurgie- und Epilepsieteams der Columbia University und des NewYork-Presbyterian Hospital Implantationsoperationen in Tiermodellen untersucht und die Machbarkeit des Chips bei der langfristigen und stabilen Aufzeichnung neuronaler Signale von der Gehirnoberfläche überprüft; Derzeit schreiten frühe Studien an menschlichen Probanden voran, wobei der Schwerpunkt hauptsächlich auf der kurzfristigen Aufzeichnung während einer Operation liegt. Die Ärzte betonten, dass BISC den Chip durch einen kleinen Einschnitt in den Subduralraum einbringen kann und kein Eindringen in Hirngewebe oder die Verwendung von Drähten zur Fixierung des Implantats am Schädel erfordert, wodurch theoretisch das Risiko einer Gewebereaktion und einer langfristigen Signaldämpfung verringert wird. Das Projekt hat auch mit Teams wie der University of Pennsylvania zusammengearbeitet, um umfangreiche präoperative Experimente zum motorischen Kortex und visuellen Kortex durchzuführen. Einige Forscher sind optimistisch, was das Potenzial als zukünftige multimodale neuronale Schnittstellenplattform angeht, die Licht, Ton usw. integriert.
Um die Technologie für reale Anwendungen voranzutreiben, gründeten Forscher der Columbia University und der Stanford University gemeinsam das Spin-off-Unternehmen Kampto Neurotech. Unter der Leitung eines der Hauptingenieure des Projekts entwickelt es eine kommerzielle Version für die präklinische Forschung und sucht nach Ressourcen, um seine langfristige Anwendung beim Menschen zu fördern. Das Team ist davon überzeugt, dass BISC, basierend auf den Vorteilen der „Großserienfertigung“ ausgereifter Halbleiterprozesse, aktuelle ähnliche implantierbare Geräte in Bezug auf Skalierbarkeit und Leistungsindikatoren bei weitem übertrifft und eine nachhaltige Iterationsplattform für zukünftige Gehirn-KI-Fusionssysteme bietet. Angesichts der rasanten Entwicklung der Schnittstelle zwischen künstlicher Intelligenz und neuronaler Technik erwarten Forscher, dass diese Art von ultrahochauflösender, vollständig drahtloser, programmierbarer Gehirn-Computer-Schnittstelle nicht nur die Behandlung neurologischer Erkrankungen neu gestalten wird, sondern möglicherweise auch das grundlegende Modell der menschlichen Interaktion mit Maschinen und sogar der Koexistenz mit künstlicher Intelligenz verändern wird.
Zusammengestellt von /scitechdaily