Боитесь чипирования? Поздравляем, оно стало настолько удобным, что вы сами его захотите

Исследователи из Колумбийского университета, больницы Нью-Йорк-Пресвитериан, Стэнфорда и Пенсильванского университета представили новую платформу мозг-компьютерного интерфейса (BCI), которая обещает значительно расширить возможности нейротерапии и взаимодействия человека с машинами.

Система под названием Biological Interface System to Cortex (BISC) основана на сверхтонком однокристальном импланте, способном передавать нейронные данные по беспроводной связи с беспрецедентной скоростью, занимая при этом лишь малую часть объема современных медицинских интерфейсов мозг-компьютер.

Как сообщает журнал Nature Electronics, устройство может применяться для лечения эпилепсии, восстановления двигательных, речевых и зрительных функций у людей, пострадавших от паралича, инсульта, болезни бокового амиотрофического склероза (БАС) или слепоты. Цель проекта — создать минимально инвазивный канал связи с мозгом, обеспечивающий передачу большого объема данных.

В отличие от традиционных систем, состоящих из множества микросхем, усилителей, радиомодулей и блоков питания, BISC объединяет все эти элементы в одном комплементарном металл-оксидном полупроводниковом (CMOS) чипе толщиной всего 50 микрометров и объемом около 3 мм³. Гибкий чип располагается на поверхности коры головного мозга «как кусочек влажной бумаги», поясняет профессор Колумбийского университета Кен Шепард. Имплант содержит 65 536 электродов, 1024 канала записи и 16 384 канала стимуляции.

Все процессы — от захвата сигналов и их оцифровки до беспроводной передачи и управления питанием — происходят прямо на кристалле. «Интегрировав всё в один чип, мы показали, как сделать мозговые интерфейсы меньшими, безопаснее и значительно мощнее», — отметил Шепард.

Имплант связан с компактной носимой станцией, которая обеспечивает питание и передачу данных по широкополосному радиоканалу со скоростью до 100 Мбит/с — более чем в сто раз быстрее существующих аналогов. Эта станция подключается к Wi-Fi, создавая прямое соединение между мозгом и внешним компьютером.

Профессор Стэнфорда Андреас Толис, сооснователь проекта Enigma, подчеркнул, что платформа превращает поверхность мозга «в эффективный портал», обеспечивая двустороннюю связь с искусственным интеллектом и внешними устройствами. По его словам, масштабируемость системы может привести к созданию адаптивных нейропротезов и интерфейсов мозг-ИИ для лечения неврологических и психиатрических расстройств.

Хирургические испытания показали, что устройство можно ввести через небольшой разрез в черепе и разместить на поверхности мозга без проникновения в ткани и без проводов, закрепленных на кости. Нейрохирург Колумбийского университета Бретт Янгерман отметил, что такой подход снижает реактивность тканей и улучшает качество сигналов в долгосрочной перспективе. «Это устройство с высокой разрешающей способностью и пропускной способностью может изменить лечение таких состояний, как эпилепсия и паралич», — сказал он.

Команда исследователей получила финансирование от Национального института здравоохранения США для изучения применения BISC при лекарственно устойчивой эпилепсии. «Главное в таких устройствах — максимизировать поток информации между мозгом и компьютером, делая систему как можно менее инвазивной. BISC превосходит предшественников по обоим параметрам», — добавил Янгерман.

Дополнительные испытания в моторной и зрительной коре проводились совместно со специалистами Стэнфорда и Пенсильванского университета. Бижан Песаран отметил, что «экстремальная миниатюризация» BISC открывает путь к будущим имплантам, способным взаимодействовать с мозгом не только с помощью электричества, но и через свет или звук.

Чтобы вывести технологию за пределы лаборатории, исследовательские группы Колумбии и Стэнфорда основали компанию Kampto Neurotech, которая разрабатывает коммерческие версии чипа и готовится к клиническому внедрению. Инженер проекта и основатель компании Нанью Цзэн заявил, что BISC представляет собой «принципиально новый подход к созданию BCI-устройств», превосходящий существующие аналоги «на порядки».

Разработка поддержана программой DARPA по системному нейроинжинирингу, объединившей достижения в микроэлектронике, вычислительной нейронауке и нейрохирургии. По словам Шепарда, конечная цель проекта — подготовить почву для будущего, в котором мозг и системы искусственного интеллекта смогут взаимодействовать естественно, не только ради науки, но и ради пользы человека.