Tietojenkäsittely
Ultraohut aivoihin istutettu tietokoneen käyttöliittymä rikkoo ennätyksiä
Securities.io noudattaa tiukkoja toimituksellisia standardeja ja voi saada korvausta tarkistetuista linkeistä. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja, eikä tämä ole sijoitusneuvontaa. Katso lisätietoja tytäryhtiöiden ilmoittaminen.
Suurin osa maailmasta on vuorovaikutuksessa älypuhelimensa, tietokoneensa tai tablettinsa kanssa perinteisten näyttö- ja näppäimistöliittymien kautta. Nämä ihmisen ja koneen välisen kommunikaation muodot saattavat kuitenkin vanhentua tulevina vuosina, kun arvostettujen instituutioiden insinööritiimi on onnistuneesti luonut pienoiskokoisen, implantoitavan BCI:n, jolla on potentiaalia mullistaa useita markkinoita.
Heidän keksintönsä yhdistää langattoman lähetin-vastaanottimen, edistyneen virtajärjestelmän, digitaalisen ohjausmoduulin, datamuuntimet ja useita lisäkomponentteja mahdollistaakseen todellisen suoraan aivoihin tapahtuvan kaksisuuntaisen viestinnän. Tämä kehitysaskel on merkittävä virstanpylväs aivojen vuorovaikutukselle, ja se voi jonain päivänä muuttaa ihmisten ja koneiden vuorovaikutusta. Tässä on mitä sinun on tiedettävä.
Yhteenveto
- BISC on erittäin ohut, yhden sirun aivo-tietokone-liitäntä, joka sijaitsee aivojen ja kallon välissä ja käyttää 65 536 elektrodia.
- Implantti suoratoistaa suuren kaistanleveyden neurodataa mukautetun UWB-linkin kautta puettavaan releeseen, joka näkyy tavallisena Wi-Fi-laitteena.
- Prekliiniset ja varhaiset ihmisillä tehdyt tutkimukset viittaavat siihen, että se voisi mullistaa epilepsian, halvauksen ja muiden neurologisten sairauksien hoidon.
- BISC valmistetaan standardoiduilla puolijohdeprosesseilla, mikä tekee laajamittaisesta tuotannosta ja tulevista kaupallisista käyttöönotoista realistisempia.
- Integra Lifesciences (IART) tarjoaa yhden tavan saada julkisia markkinoita neurokirurgisille ja aivorajapintateknologioille.
Brain-Computer Interface (BCI)
Aivojen ja tietokoneiden väliset rajapinnat ovat kehittyneet paljon viimeisten 50 vuoden aikana. Nämä laitteet ovat kypsyneet yksinkertaisista alfa-aaltoja havaitsevista antureista monimutkaisiksi järjestelmiksi, jotka pystyvät sieppaamaan ja dekoodaamaan aivojen signaaleja reaaliajassa.
BCI-teknologian kasvu on avannut oven jännittäville kehitysaskeleille, mukaan lukien läpimurroille lääketieteen alalla. Näiden laitteiden on havaittu olevan hyödyllisiä neurologisten häiriöiden, kuten epilepsian tai halvauksen, hoidossa. Tämän seurauksena tiedemiehet näkevät tämän teknologian nyt tärkeänä sektorina, jolla on potentiaalia auttaa miljoonia ihmisiä.
Ongelmia nykypäivän aivo-tietokone-rajapinnassa (BCI)
Kuten arvata saattaa, ulkoisten laitteiden ohjaamiseen tarkoitettujen aivoaaltojen sieppaaminen ja tulkitseminen vaatii huomattavaa teknologista monimutkaisuutta. Yksi tämän teknologian tärkeimmistä rajoituksista on sen monimutkainen luonne. Vielä äskettäin tekoälyjärjestelmät eivät kyenneet tulkitsemaan näitä aaltoja tarkasti, joten tehtävän suorittivat perinteiset tietokonejärjestelmät.
Hankalat laitteistorajoitukset Nykyiset BCI:t
Vaikka teknologia alkoi saavuttaa näitä ominaisuuksia, se pysyi suurena, epämukavana ja epäkäytännöllisenä käyttäjälleen. Nykypäivän edistyneimmät järjestelmät vaativat suuren implantoidun säiliön, johon suurin osa elektroniikasta mahtuu. Tämä säilytystila on implantoitava kalloon tai rintaan, jälkimmäinen vaihtoehto vaatii lisäkaapeleita.
Miksi nykyiset yrityskaupan indeksiosuudet eivät skaalaudu
Useat valmistusrajoitukset ovat tehneet näiden laitteiden massatuotannon mahdottomaksi. Ensinnäkin näiden laitteiden laajamittaiseen valmistukseen vaadittavat valtavat kustannukset ja tarkkuus eivät ole olleet mahdollisia. Lisäksi nykyaikaisia malleja ei ole luotu tukemaan laajamittaista tuotantoa, mikä tarkoittaa, että niissä käytetään menetelmiä ja komponentteja, jotka tekevät siitä kohtuuttoman.
Aivo-tietokone-rajapintatutkimus: BISC-implantin sisällä
Tunnustaen nämä rajoitukset BCI:iden todellisen potentiaalin saavuttamisen tärkeimmäksi esteeksi, Columbian yliopiston, New York-Presbyterian Hospitalin, Stanfordin yliopiston ja Pennsylvanian yliopiston insinööritiimi ryhtyi korjaamaan näitä ongelmia ja aloittamaan uutta aikakautta ihmisen ja koneen ohjattavuudelle.
Tutkimus1, nimeltään Langaton subduraaliseen tilaan suljettu aivojen ja tietokoneen rajapinta, jossa on 65 536 elektrodia ja 1 024 kanavaa, joka julkaistiin Nature Electronicsissa, ajaa koko lähestymistavan uudelleen alusta alkaen. Heidän luomuksensa saavuttaa vertaansa vailla olevan suorituskyvyn, joka vastaa suuruusluokkaa parannuksia aiempiin versioihin verrattuna, kaikki pienestä langattomasta ultraohuesta hermoimplantista käsin.
Biologinen rajapintajärjestelmä aivokuoreen (BISC)
Heidän keksintönsä, nimeltään Biological Interface System to Cortex (BISC), sisältää yksinkertaistetun CMOS-piirin (metallioksidipuolijohde). Sen pienet mitat, vain 50 μm paksuutta ja 3 mm³, tekevät siitä tilavuudeltaan 1/1000 nykyisen standardi-implantin tilavuudesta eli suunnilleen ihmisen hiuksen paksuisen.
Lähde - Science Daily
Ohut muotoilu mahdollistaa sen sijoittamisen suoraan aivojen ja kallon väliin. Tämän pienen laitteen sisällä on paljon edistynyttä teknologiaa, joka pystyy tarjoamaan intensiivistä laskentatehoa. Tätä laskentatehoa tarvitaan aivoaaltojen kaappaamiseen ja niiden lähettämiseen näytöstä pyörittäville edistyneille tekoälyjärjestelmille.
AI mallit
Insinöörit hyödynsivät vuosikymmenten kokemustaan neurologian ja aivoaaltojen tutkimuksesta luodakseen tehokkaan tekoälymallin, joka kykenee rekisteröimään, lähettämään ja vastaanottamaan aivoaaltoja. Tekoälyjärjestelmä pystyy dekoodaamaan tiettyjä tehtäviä, kuten liikettä, aikomusta ja havainnointia. Se suorittaa tämän tehtävän käyttämällä tarkoitukseen rakennettua ohjelmistoa ja antureita, jotka on suunniteltu vuorovaikuttamaan tekoälyjärjestelmien kanssa.
elektrodit
Jotta todellinen aivojen yhteys olisi mahdollinen, BISC toimii mikroelektrokortikografialaitteena (µECoG). Tämä järjestelmä käyttää 65 536 elektrodia, 1 024 tallennuskanavaa ja 16 384 stimulaatiokanavaa aivoaaltojen laajakaistaisten tallenteiden luomiseen reaaliajassa.
Tallenteet lähetetään sitten edistyneisiin tekoälyjärjestelmiin. Nämä järjestelmät yhdistävät sekä koneoppimisen että syväoppimisen algoritmeja, minkä ansiosta ne pystyvät tulkitsemaan monimutkaisia signaaleja. Merkillepantavaa on, että tämä työ perustuu aiempaan laskennalliseen ja systeemiseen neurotieteeseen liittyvään työhön, jota ovat tehneet avustavat kirjoittajat, tohtori Tolias ja Bijan Pesaran.
Langaton yhteys
Potilaan kantama välitysasema mahdollistaa suuren tiedonsiirron implantoidun laitteen kanssa. Kun implantoitu laite kommunikoi suoraan aivoihin, se lähettää signaalin välitysasemalle. Puettava välitysasema kommunikoi implantin kanssa räätälöidyn ultralaajakaistaisen (UWB) radiolinkin kautta, jonka nopeus on noin 100 Mbps, ja esittelee itsensä sitten ulospäin tavallisena 802.11 Wi-Fi -laitteena.
Miten aivojen ja tietokoneen välinen rajapinta rakennettiin
BISC-implantti valmistettiin helposti saatavilla olevilla koneilla ja työkaluilla, mikä varmisti laajamittaisen tuotannon mahdollisuuden. Laite hyödyntää erityisesti TSMC:n 0.13 μm:n bipolaarista CMOS-DMOS (BCD) -teknologiaa. Tämän lähestymistavan ansiosta he pystyivät pienentämään laitteen kokoa ja muotokerrointa yhdistämällä useita puolijohdeteknologioita yhdeksi siruksi sekasignaali-integroitujen piirien (IC) tuottamiseksi.
Tämä strategia on edullinen, koska se mahdollistaa järjestelmän vastaanottaa suoraa logiikkaa CMOS-piiriltä ja korkeajännitteisiä analogisia toimintoja. Lisäksi se mahdollistaa laitteen toiminnan korkeammalla hyötysuhteella käyttämällä DMOS-transistoreita.
Aivojen ja tietokoneiden käyttöliittymätesti
Tiimi rakensi demolaitteen ja suoritti useita testejä teoriansa testaamiseksi. Testausvaiheen kirurgisten näkökohtien toteuttamiseksi tiimi teki yhteistyötä Youngermanin kanssa NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Centerissä. Yhdessä he kehittivät turvallisen ja minimaalisesti invasiivisen elinsiirtostrategian, jonka avulla he pystyivät testaamaan laitetta todellisessa kirurgisessa ympäristössä.
Prosessiin kuului pienen viillon tekeminen ja laitteen liu'uttaminen aivojen ja kallon katon väliin. Sen joustava ja paperinohut rakenne teki prosessista paljon helpomman kuin perinteiset menetelmät. Lisäksi, koska aivoihin lävistäviä komponentteja tai johtoja ei ollut, prosessi oli paljon turvallisempi.
Brain-Computer Interface -testin tulokset
Testit osoittivat järjestelmän todelliset ominaisuudet, sillä se pystyi tallentamaan nopeita tallenteita suoraan aivoista. Se osoitti vakaata suorituskykyä eikä havainnut välitöntä negatiivista kudosreaktiivisuutta, mikä tarkoittaa, että se olisi ihanteellinen käytettäväksi lääketieteellisissä tilanteissa, joissa tarvitaan pitkäaikaisia implantteja.
BISC-aivo-tietokone-rajapinnan edut
Pyyhkäise vierittääksesi →
| Ominaisuus | Perinteiset implantoitavat rintarangan kudokset | BISC Ultra-Thin implantti |
|---|---|---|
| Muoto | Iso elektroniikkasäiliö kallossa tai rintakehässä, johdot aivoihin | Yhden sirun implantti, noin 50 μm paksu, noin 3 mm³, sijaitsee aivojen ja kallon välissä |
| Elektrodien lukumäärä | Satoja tai muutamia tuhansia elektrodeja | 65 536 elektrodia tiheässä µECoG-matriisissa |
| Tallennuskanavat | Kymmeniä tai satoja samanaikaisia kanavia | Jopa 1 024 samanaikaista tallennuskanavaa |
| Stimulaatiokyky | Usein rajoitetut tai erilliset laitteistomoduulit | 16 384 stimulaatiokanavaa integroitu samalle sirulle |
| Langaton datayhteys | Pienempi kaistanleveys, usein omistusoikeudellinen ja tilaa vievä | ~100 Mbps:n UWB-linkki puettavaan releeseen, joka näkyy Wi-Fi-yhteydenä |
| Kirurginen invasiivisuus | Suurempi aukko kallossa ja enemmän rautoja kehossa | Paperinohut siru liukui subduraalitilaan pienen viillon kautta |
| skaalautuvuus | Mukautettu kokoonpano; vaikeampi skaalata valmistusta | Rakennettu standardinmukaisilla puolijohdeprosesseilla suurtuotantoa varten |
Reaalimaailman BCI-sovellukset ja aikajana
Aivoliitäntätietokoneelle on useita sovelluksia. Tämä laite auttaa parantamaan miljoonien heikentävistä neurologisista sairauksista kärsivien ihmisten elämää. Vaivoille, kuten epilepsialle, halvaantumiselle, kohtauksille, motoristen taitojen menetykselle, puhekyvyn menetykselle ja sokeudelle, voi yhtäkkiä olla uusia hoitovaihtoehtoja.
Tämä teknologia auttaa myös niitä, jotka tarvitsevat proteesia raajan menetyksen vuoksi. Järjestelmä mahdollistaa saumattoman kommunikoinnin ja sitä voidaan jopa käyttää reaaliaikaisen palautteen antamiseen käyttäjälle, mikä tekee hoidosta paljon tyydyttävämmän.
Aikajana
Tämä tuote voisi päästä lääketieteen sektorille seuraavan viiden vuoden aikana. Toisin kuin edeltäjänsä, ryhmä on jo kiihdyttänyt kliinisiä tutkimuksiaan, ja lyhytaikaisia leikkauksenaikaisia tutkimuksia ihmispotilailla on jo käynnissä. Siten voit odottaa kuulevasi lisää tähän teknologiaan liittyviä läpimurtoja.
Aivojen ja tietokoneiden rajapinnan tutkijat
BISC-tutkimus yhdistää useita näkökohtia useista arvostetuista instituutioista. Erityisesti se hyödyntää Columbian mikroelektroniikan asiantuntemusta, Pennsylvanian yliopiston ja Stanfordin neurotieteen ohjelmia. Lisäksi siinä hyödynnetään NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Centerin kirurgisia valmiuksia. Tiimi sai rahoitusta National Institutes of Health -apurahasta ja Defense Advanced Research Projects Agencyn (DARPA) Neural Engineering System Design -ohjelmasta. Tämän rahoituksen avulla tiimi pystyi nopeuttamaan tutkimustaan ja validoimaan tuloksia.
Ultraohuiden aivo-tietokone-rajapintojen tulevaisuus
Tämän teknologian tulevaisuus näyttää valoisalta. Insinöörit ovat jo ilmaisseet kiinnostuksensa tekoälymallin tehokkuuden parantamiseen ja kattavien ihmiskokeiden suorittamiseen. Lisäksi tiimi etsii kumppanuuksia projektin rahoittamiseksi ja varmistaakseen teollisuussopimuksia laitteen valmistamiseksi.
Aivojen ja tietokoneen rajapinta | Yhteenveto
Aivojen ja tietokoneen rajapintaa käsittelevä tutkimus avaa oven scifi-tulevaisuuteen, jossa tietokoneita ohjataan pelkällä ajatuksella. Nämä laitteet tulevat ensin yleisön saataville lääketieteellisten hoitojen kautta. Ei kuitenkaan kestä kauan, kun voit käydä syvällistä keskustelua älypuhelimesi kanssa liikauttamatta huuliasi.
Mitä mieltä olet tästä BCI-laitteesta? Käyttäisitkö koskaan sellaista? Tykkää, kommentoi ja jaa tämä artikkeli ja napsauta täältä oppiaksesi muusta hienosta tietokonetekniikasta.
Investoimalla aivojen ja tietokoneiden rajapinnan kehittämiseen
BCI-sektorilla toimii monia yrityksiä, jotka visioivat tulevaisuutta, jossa mieli tekee raskaan työn. Vaikka puhtaasti BCI-pohjaiset startup-yritykset pysyvät usein yksityisinä, sijoittajat voivat etsiä vakiintuneita lääketieteellisen teknologian yrityksiä, jotka tarjoavat näiden laitteiden istuttamiseen tarvittavan kriittisen kirurgisen infrastruktuurin. Tässä on yksi yritys, joka helpottaa seuraavan sukupolven aivoliitäntöjen edellyttämää monimutkaista neurokirurgiaa.
Sijoittajien takeaways
- BISC osoittaa, että aivojen ja tietokoneiden rajapinnat ovat siirtymässä kömpelöistä prototyypeistä kohti skaalautuvia, puolijohdetyyppisiä tuotteita.
- BCI:n käyttöönotto riippuu turvallisuustiedoista, viranomaishyväksynnöistä, korvauksista ja kliinisesti todistetuista tuloksista, ei pelkästään teknisistä tiedoista.
- Julkinen näkyvyys on nykyään epäsuoraa neurokirurgian ja lääketieteellisen teknologian yritysten, kuten Integra Lifesciencesin, kautta, kun taas puhtaasti BCI-pohjaiset startup-yritykset pysyvät yksityisinä.
- Yritysten välisten verkostojen pitkän aikavälin hyötyjä tasapainottavat eettiset keskustelut, tietosuojaan liittyvät huolenaiheet ja epävarmat aikataulut valtavirran käyttöön.
- Sijoittajien tulisi käsitellä BCI:tä korkean riskin ja pitkäaikaisena teemana, joka voisi täydentää, ei korvata, ydinosaamista terveydenhuollosta ja tekoälystä.
Integra Lifesciences
Integra Lifesciences tuli markkinoille vuonna 1989. Sen perustaja Richard Caruso halusi tarjota neurologisia hoitoja paremmin. Tämä lähestymistapa sai vahvaa kannatusta hyödyllisten hoitojen ja sijoittajien myönteisen palautteen ansiosta. Merkillepantavaa on, että Integra Lifesciences listautui pörssiin vuonna 1995.
(IART )
Vuonna 2007 yritys julkaisi päivitetyn NeuroSight Arc -aivokartoitusohjelmistomoduulin OmniSight EXcel -järjestelmälleen, jota käytetään Parkinsonin taudin ja muiden liikehäiriöiden toimenpiteiden suunnitteluun. Siitä lähtien yritys jatkoi neurokirurgisten tuotevalikoimansa laajentamista. Vuonna 2017 yritys osti Codman Neurosurgencen Johnson & Johnsonilta 1.045 miljardilla dollarilla.
Tämä toimenpide laajensi yrityksen ulottuvuutta ja mahdollisti sille edistyneempien tuotteiden tarjoamisen. Lääketieteen alan toimijoille pyrkivien tulisi tehdä enemmän tutkimusta Integra Lifesciencesistä.
Integra Lifesciencesin (IART) uusimmat osakeuutiset ja kehitys
Viitteet
1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, JD et ai. Langaton subduraalikapseloitu aivojen ja tietokoneen rajapinta, jossa on 65 536 elektrodia ja 1 024 kanavaa. Nat Electron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
