En papirtynn hjernechip med høy hastighet og rekordtetthet kan endre hvordan vi behandler hjernesykdommer og samhandler med maskiner. Systemet, kalt BISC, ble presentert 8. desember i Nature Electronics. Forskere peker på minimalt invasiv innsetting, 100 Mbps trådløs overføring og kapasitet til å dekode bevegelse, persepsjon og intensjoner.

Hva er BISC?

BISC (Biological Interface System to Cortex) er et nytt hjerne–datamaskin-grensesnitt utviklet gjennom et samarbeid mellom Columbia University, NewYork-Presbyterian Hospital, Stanford University og University of Pennsylvania. Chipen er bare 50 mikrometer tykk – tynnere enn et menneskehår – og opptar mindre enn én tusendel av volumet til dagens kommersielle implantater.

Implantatet kan skyves inn i rommet mellom hjernen og hodeskallen og hviler på hjerneoverflaten som et stykke vått silkepapir. Hele systemet er designet for å gi tett kontakt med hjernebarken uten at elektroder trenger inn i vevet.

Teknologisk sprang på én chip

Der de fleste implanterbare systemer krever en separat beholder med elektronikk som tar mye plass i kroppen, har BISC integrert all elektronikk på en enkelt silisiumchip.

Professor Ken Shepard ved Columbia University forklarer at det som gjør BISC spesiell er at all elektronikk er integrert på en enkelt chip.

• 65 536 elektroder
• 1024 opptakskanaler
• 16 384 stimuleringskanaler
• Trådløs kommunikasjon til en bærbar «reléstasjon» utenfor kroppen via ultrabåndbredde-radio
• 100 Mbps datahastighet – minst 100 ganger raskere enn andre trådløse hjerne–datamaskin-grensesnitt

Høy båndbredde åpner for AI-dekoding

Det høye datagjennomstrømmet gjør det mulig å bruke avanserte AI-modeller til å dekode bevegelse, persepsjon og intensjoner fra hjernens elektriske signaler.

Dr. Andreas Tolias ved Stanford University sier at BISC gjør korteksoverflaten til en effektiv portal som leverer minimalt invasiv, høybåndbredde kommunikasjon med AI og eksterne enheter.

Fra operasjonssal til klinikk

Preliminære kliniske studier på mennesker er i gang. Kirurger kan sette inn implantatet gjennom en liten åpning i hodeskallen ved hjelp av minimalt invasive teknikker. Den papirtynne formfaktoren og fraværet av elektroder som trenger inn i hjernevevet minimerer vevsreaksjon og signalforringelse over tid.

Dr. Brett Youngerman ved NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center fremhever at teknologien kan revolusjonere behandlingen av nevrologiske tilstander som epilepsi, lammelser, hjerneslag, ALS og blindhet. Han har sikret finansiering fra National Institutes of Health for å bruke BISC i behandling av medikamentresistent epilepsi.

Kommersialisering på vei

Forskere fra Columbia og Stanford har etablert oppstartselskapet Kampto Neurotech for å ta teknologien mot markedet. Selskapet, grunnlagt av Columbia-alumnus Dr. Nanyu Zeng, produserer nå forskningsklare versjoner av chipen og arbeider med å sikre finansiering for å forberede systemet til bruk på menneskelige pasienter.

Hva betyr dette for medisinsk teknologi?

Kombinasjonen av ultrahøyoppløselig nevral opptak, fullstendig trådløs drift og avanserte dekoderings- og stimuleringsalgoritmer peker mot direkte kommunikasjon mellom hjerne og datamaskiner.

Professor Shepard ser for seg en fremtid der hjernen og AI-systemer kan samhandle sømløst og endre hvordan vi behandler hjernesykdommer, samhandler med maskiner og hvordan mennesker engasjerer seg med AI.

Teknologien viser hvordan halvlederindustrien har komprimert svært kompleks elektronikk til minimalt format – nå også for implantater som kan eksistere i kroppen uten å oppta nesten noe plass.

Kilder: ScienceDaily, Columbia Engineering, Nature Electronics, Stanford University, University of Pennsylvania

Hovedpoeng: BISC samler en komplett hjernegrensesnitt-plattform på én ultratynn chip, med kapasitet og båndbredde som kan løfte både medisinsk behandling og menneske–AI-interaksjon. Neste steg blir å følge de pågående studiene og kommersialiseringen gjennom Kampto Neurotech.