紙のように薄い新しい脳とコンピューターのインターフェースのインプラントデバイスは、人間とコンピューターの相互作用の将来における重要なリンクとして研究チームによってみなされています。それは「生体皮質インターフェースシステム」（BISC）と名付けられています。システム全体は、超薄型および超小型のシングル チップを中心に展開していますが、頭蓋空間を大幅に侵害することなく、脳と外部コンピュータ、さらには人工知能システムとの間に高速双方向データ チャネルを確立できます。
研究チームは、この技術は、てんかん、脊髄損傷、ALS、脳卒中、失明などの多くの種類の神経疾患の診断と治療を変えることが期待され、また人間と人工知能の間のより直接的なコラボレーションのためのインフラストラクチャになる可能性があると考えています。
従来の「缶詰」電子ブレイン コンピューター インターフェイスとは異なり、BISC は、アンプ、データ変換、無線周波数トランシーバー、電源管理などのすべての重要な回路を薄型 CMOS チップに圧縮します。厚さは約50ミクロンで、全体の体積はわずか約3立方ミリメートルです。ウェットティッシュのように頭蓋骨と脳表面の間の小さな空間に滑り込み、脳表面の曲率に適合します。 65,000 以上の電極がチップ上に統合されており、1,024 の同時記録チャンネルと 16,000 以上の刺激チャンネルを提供します。その後、カスタマイズされた超広帯域無線リンクを介して頭蓋骨から最大 100 Mbps でデータを送信します。この無線スループットは「既存の無線ブレイン コンピューター システムより少なくとも 2 桁高い」と言われています。
システム アーキテクチャの観点から見ると、BISC は 3 つの部分で構成されています。脳との直接接触を担うシングルチップのインプラント、体表に装着される「中継ステーション」、および専用のソフトウェアと命令セットのセットです。埋め込まれたチップは、無線電力リンクを介して中継局から電力を供給され、同時に超広帯域無線周波数を介して大量の神経データの高速送信を完了します。一方、中継ステーションは外部ネットワークでは通常の Wi-Fi デバイスとして表示され、あらゆるコンピュータがルーターのような「ブレイン インターフェイス」にアクセスできるようになります。研究者らは、このプラットフォームによって収集された大規模なニューラル データに基づいて、意図、知覚、内部状態を解読するための機械学習モデルと深層学習モデルをトレーニングおよびテストし、「脳の読み書き」における高帯域幅インターフェイスの重要性を検証しました。
クリニカルパスでは、コロンビア大学とニューヨーク長老派病院の脳神経外科とてんかんのチームが動物モデルでの移植手術を検討し、脳表面からの神経信号を長期間安定して記録するチップの実現可能性を検証した。現在、主に手術中の短期間の記録に焦点を当てて、人間を対象とした初期の研究が進んでいます。医師らは、BISCは小さな切開を通して硬膜下腔にチップを送り込むことができ、脳組織を貫通したり、インプラントを頭蓋骨に固定するためにワイヤを使用したりする必要がないため、理論的には組織反応や長期的な信号減衰のリスクが軽減されることを強調した。このプロジェクトはまた、ペンシルベニア大学などのチームと協力して、運動野と視覚野に関する広範な術前実験を実施しました。研究者の中には、光や音などを統合する将来のマルチモーダルニューラルインターフェースプラットフォームとしての可能性を楽観視している人もいます。
この技術を現実世界への応用に向けて推進するために、コロンビア大学とスタンフォード大学の研究者がスピンオフ会社 Kampto Neurotech を共同設立しました。プロジェクトの中核エンジニアの一人が主導し、前臨床研究用の商用バージョンを開発し、ヒトへの長期応用を促進するためのリソースを探している。研究チームは、成熟した半導体プロセスの「大規模製造」の利点に依存するBISCは、拡張性と性能指標の点で現在の同様の埋め込み型デバイスをはるかに上回り、将来の脳とAIの融合システムに持続可能な反復プラットフォームを提供すると考えている。人工知能と神経工学の交差点の急速な発展に伴い、研究者らは、この種の超高解像度、完全ワイヤレス、プログラム可能なブレインコンピューターインターフェイスが神経疾患の治療を再構築するだけでなく、人間と機械の相互作用、さらには人工知能との共存の基本モデルも変える可能性があると期待しています。
/scitechdaily から編集