Computing
Ultradunne geïmplanteerde hersen-computerinterface breekt records
Securities.io hanteert strenge redactionele normen en kan een vergoeding ontvangen voor beoordeelde links. Wij zijn geen geregistreerde beleggingsadviseur en dit is geen beleggingsadvies. Bekijk onze affiliate openbaarmaking.
De meeste mensen gebruiken hun smartphone, pc of tablet nog steeds via de traditionele interface met scherm en toetsenbord. Deze vormen van mens-machinecommunicatie zouden echter in de komende jaren wel eens achterhaald kunnen raken, nu een team van ingenieurs van verschillende prestigieuze instellingen erin is geslaagd een miniatuur, implanteerbare BCI (Brain-Computer Interface) te ontwikkelen die de potentie heeft om diverse markten te revolutioneren.
Hun uitvinding combineert een draadloze zender/ontvanger, een geavanceerd voedingssysteem, een digitale besturingsmodule, dataomzetters en diverse andere componenten om echte directe tweewegcommunicatie met de hersenen mogelijk te maken. Deze ontwikkeling is een belangrijke mijlpaal voor BCI's (Brain-Computer Interfaces) en zou op een dag de interactie tussen mens en machine kunnen veranderen. Dit is wat je moet weten.
Samenvatting
- BISC is een ultradunne, op één chip gebaseerde hersen-computerinterface die tussen de hersenen en de schedel wordt geplaatst en gebruikmaakt van 65,536 elektroden.
- Het implantaat streamt neurale data met hoge bandbreedte via een op maat gemaakte UWB-verbinding naar een draagbaar relais dat zich gedraagt als een standaard wifi-apparaat.
- Preklinische studies en vroege onderzoeken bij mensen suggereren dat het de behandeling van epilepsie, verlamming en andere neurologische aandoeningen zou kunnen veranderen.
- BISC wordt geproduceerd met behulp van standaard halfgeleiderprocessen, waardoor grootschalige productie en toekomstige commerciële toepassingen realistischer worden.
- Integra Lifesciences (IART) biedt een manier om neurochirurgische en herseninterface-technologieën op de openbare markt te introduceren.
Hersen-computerinterface (BCI)
Hersenen-computerinterfaces hebben de afgelopen 50 jaar een enorme ontwikkeling doorgemaakt. Deze apparaten zijn geëvolueerd van eenvoudige sensoren die alfagolven konden detecteren tot complexe systemen die de signalen van de hersenen in realtime kunnen onderscheppen en decoderen.
De groei van BCI-technologie heeft de weg vrijgemaakt voor een aantal veelbelovende ontwikkelingen, waaronder doorbraken in de medische sector. Deze apparaten blijken met name nuttig te zijn bij de behandeling van mensen met neurologische aandoeningen zoals epilepsie of verlamming. Wetenschappers beschouwen deze technologie dan ook als een belangrijke sector met het potentieel om miljoenen mensen te helpen.
Problemen met de huidige hersen-computerinterface (BCI)
Zoals te verwachten valt, is er aanzienlijke technologische complexiteit nodig om hersengolven op te vangen en te interpreteren om externe apparaten aan te sturen. Een van de belangrijkste factoren die deze technologie heeft beperkt, is de complexe aard ervan. Tot voor kort waren AI-systemen niet in staat om deze golven nauwkeurig te interpreteren, waardoor deze taak werd uitgevoerd door traditionele computersystemen.
Omvangrijke hardware beperkt de huidige BCI's.
Zelfs toen de technologie deze mogelijkheden begon te bieden, bleef het systeem groot, oncomfortabel en onpraktisch voor de drager. De meest geavanceerde systemen van tegenwoordig vereisen een grote, geïmplanteerde behuizing voor de meeste elektronica. Deze behuizing moet in de schedel of in de borstkas worden geïmplanteerd, waarbij de laatste optie extra kabels vereist.
Waarom de huidige BCI's niet schaalbaar zijn
Verschillende productiebeperkingen hebben massaproductie van deze apparaten onmogelijk gemaakt. Ten eerste waren de enorme kosten en de precisie die nodig zijn om deze apparaten op grote schaal te produceren, niet beschikbaar. Bovendien zijn moderne ontwerpen niet ontwikkeld voor grootschalige productie, waardoor ze gebruikmaken van methoden en componenten die dit onhaalbaar maken.
Onderzoek naar hersen-computerinterfaces: een kijkje in het BISC-implantaat
Een team van ingenieurs van Columbia University, New York-Presbyterian Hospital, Stanford University en de University of Pennsylvania erkende deze beperkingen als de belangrijkste belemmering voor het bereiken van het ware potentieel van BCI's en besloot daarom deze problemen aan te pakken en een nieuw tijdperk van mens-machine-besturing in te luiden.
De studie1, getiteld 'Een draadloze, onder de hersenvlies geplaatste hersen-computerinterface met 65,536 elektroden en 1,024 kanalen'In een artikel dat is gepubliceerd in Nature Electronics, wordt de hele aanpak van de grond af opnieuw bekeken. Hun creatie behaalt ongeëvenaarde prestaties die een orde van grootte verbetering betekenen ten opzichte van eerdere versies, en dat alles met een klein, draadloos, ultradun neuraal implantaat.
Biologisch interfacesysteem naar de cortex (BISC)
Hun uitvinding, genaamd het Biological Interface System to Cortex (BISC), maakt gebruik van een vereenvoudigd CMOS-ontwerp (metal-oxide-semiconductor) voor geïntegreerde schakelingen op één chip. De minuscule afmetingen van slechts 50 μm dik en 3 mm³ maken het volume 1/1000e van het huidige standaardimplantaat, ofwel ongeveer de dikte van een menselijke haar.
Bron - Science Daily
Dankzij het dunne ontwerp kan het apparaatje direct tussen de hersenen en de schedel worden geplaatst. In dit kleine apparaatje bevindt zich geavanceerde technologie die zorgt voor een enorme rekenkracht. Deze rekenkracht is nodig om hersengolven op te vangen en door te sturen naar de geavanceerde AI-systemen die de werking ervan bepalen.
AI-modellen
De ingenieurs hebben voortgebouwd op decennia aan neurologisch en hersengolfonderzoek om een effectief AI-model te creëren dat in staat is hersengolven te registreren, te verzenden en te ontvangen. Het AI-systeem kan specifieke taken decoderen, waaronder beweging, intentie en waarneming. Het bereikt dit door middel van speciaal ontwikkelde software en sensoren die zijn ontworpen om met de AI-systemen te communiceren.
Elektroden
Om echte hersenconnectiviteit mogelijk te maken, functioneert de BISC als een micro-elektrocorticografie (µECoG)-apparaat. Dit systeem maakt gebruik van 65,536 elektroden, 1,024 opnamekanalen en 16,384 stimulatiekanalen om realtime opnames van de hersengolven met een hoge bandbreedte te creëren.
De opnames worden vervolgens naar geavanceerde AI-systemen gestuurd. Deze systemen combineren algoritmen voor machinaal leren en deep learning, waardoor ze het complexe signaal kunnen interpreteren. Dit werk bouwt voort op eerder onderzoek op het gebied van computationele en systeemneurowetenschappen door de medeauteurs, Dr. Tolias en Bijan Pesaran.
Draadloze verbinding
Een door de patiënt gedragen relaisstation maakt snelle communicatie met het geïmplanteerde apparaat mogelijk. Het geïmplanteerde apparaat communiceert rechtstreeks met de hersenen, die het signaal vervolgens naar het relaisstation verzenden. Een draagbaar relaisstation communiceert met het implantaat via een speciaal ontwikkelde ultrabreedband (UWB) radioverbinding met een snelheid van ongeveer 100 Mbps en presenteert zich extern als een standaard 802.11 Wi-Fi-apparaat.
Hoe de brein-computerinterface werd gebouwd
Het BISC-implantaat werd vervaardigd met behulp van gemakkelijk verkrijgbare machines en gereedschappen, waardoor grootschalige productie mogelijk werd. Het apparaat maakt specifiek gebruik van TSMC's 0.13-μm Bipolar-CMOS-DMOS (BCD)-technologie. Deze aanpak stelde hen in staat de grootte en vormfactor van het apparaat te verkleinen door meerdere halfgeleidertechnologieën te combineren in één chip om gemengde signaal-geïntegreerde schakelingen (IC's) te produceren.
Deze strategie is voordelig omdat het systeem hierdoor directe logica van de CMOS en analoge hoogspanningsfuncties kan accepteren. Bovendien zorgt het ervoor dat het apparaat efficiënter werkt met behulp van DMOS-transistoren.
Test van de interface tussen hersenen en computer
Het team bouwde een demonstratieapparaat en voerde verschillende tests uit om hun theorie te toetsen. Voor de chirurgische aspecten van de testfase werkte het team samen met Youngerman van het NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Samen ontwikkelden ze een veilige en minimaal invasieve transplantatiestrategie waarmee ze het apparaat in een echte operatieomgeving konden testen.
De procedure hield in dat er een kleine incisie werd gemaakt en het instrument tussen de hersenen en het schedeldak werd geschoven. Dankzij het flexibele en flinterdunne ontwerp was de procedure veel eenvoudiger dan bij traditionele methoden. Bovendien was de procedure veel veiliger, omdat er geen onderdelen of draden in de hersenen werden gebruikt.
Resultaten van de Brain-Computer Interface-test
De tests toonden de ware mogelijkheden van het systeem aan, aangezien het in staat was om snelle opnames rechtstreeks uit de hersenen te maken. Het systeem presteerde stabiel en vertoonde geen onmiddellijke negatieve weefselreactie, wat betekent dat het ideaal zou zijn voor gebruik in medische situaties waar langdurige implantaten nodig zijn.
Voordelen van de BISC hersen-computerinterface
Veeg om te scrollen →
| Kenmerk | Conventionele implanteerbare BCI's | BISC ultradun implantaat |
|---|---|---|
| Vormfactor | Omvangrijke elektronische behuizing in de schedel of borstkas met draden naar de hersenen | Een implantaat met één chip van ongeveer 50 μm dik, circa 3 mm³, bevindt zich tussen de hersenen en de schedel. |
| Aantal elektroden | Honderden tot enkele duizenden elektroden | 65,536 elektroden in een µECoG-array met hoge dichtheid |
| Opnamekanalen | Tientallen tot honderden gelijktijdige kanalen | Tot wel 1,024 gelijktijdige opnamekanalen |
| Stimuleringsvermogen | Vaak beperkte of afzonderlijke hardwaremodules | 16,384 stimulatiekanalen geïntegreerd op dezelfde chip |
| Draadloze dataverbinding | Lagere bandbreedte, vaak proprietair en omvangrijk. | ~100 Mbps UWB-verbinding naar een draagbaar relais dat zich voordoet als Wi-Fi. |
| Chirurgische invasiviteit | Een grotere opening in de schedel en meer implantaten in het lichaam. | Een flinterdun chipje wordt via een kleine incisie in de subdurale ruimte geschoven. |
| Schaalbaarheid | Assemblage op maat; moeilijker op te schalen productie | Gebouwd met standaard halfgeleiderprocessen voor massaproductie. |
Praktische BCI-toepassingen en tijdlijn
De herseninterfacecomputer kent diverse toepassingen. Dit apparaat zal het leven van miljoenen mensen met slopende neurologische aandoeningen verbeteren. Aandoeningen zoals epilepsie, verlamming, epileptische aanvallen, verlies van motorische vaardigheden, spraakproblemen en blindheid zouden plotseling nieuwe behandelingsmogelijkheden kunnen krijgen.
Deze technologie zal ook mensen helpen die vanwege een ledemaatverlies een prothese nodig hebben. Het systeem maakt naadloze communicatie mogelijk en kan zelfs worden gebruikt om de drager realtime feedback te geven, wat de behandeling aanzienlijk aangenamer maakt.
Timeline
Dit product zou binnen de komende 5 jaar zijn weg naar de medische sector kunnen vinden. In tegenstelling tot zijn voorgangers heeft de groep de klinische proeven al versneld, met kortlopende intraoperatieve studies bij menselijke patiënten die al plaatsvinden. Daarom kunt u meer nieuws over gerelateerde doorbraken rondom deze technologie verwachten.
Onderzoekers van de hersen-computerinterface
Het BISC-onderzoek combineert verschillende aspecten van diverse prestigieuze instellingen. Het maakt specifiek gebruik van de expertise van Columbia op het gebied van micro-elektronica, de Universiteit van Pennsylvania en de neurowetenschappelijke programma's van Stanford. Daarnaast wordt gebruikgemaakt van de chirurgische mogelijkheden van NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Het team ontving financiering via een subsidie van de National Institutes of Health en het Neural Engineering System Design-programma van het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Deze financiering stelde het team in staat het onderzoek te versnellen en de resultaten te valideren.
De toekomst van ultradunne brein-computerinterfaces
De toekomst van deze technologie ziet er rooskleurig uit. De ingenieurs hebben al aangegeven de effectiviteit van het AI-model verder te willen verbeteren en volledige tests met mensen te willen uitvoeren. Daarnaast zal het team op zoek gaan naar partnerschappen om het project te financieren en industriële contracten voor de productie van het apparaat binnen te halen.
Hersenen-computerinterface | Conclusie
Het onderzoek naar de hersen-computerinterface opent de deur naar een sciencefictionachtige toekomst waarin computers simpelweg met gedachten worden bestuurd. Deze apparaten zullen in eerste instantie via medische behandelingen beschikbaar komen voor het grote publiek. Het zal echter niet lang meer duren voordat je een diepgaand gesprek kunt voeren met je smartphone zonder je lippen te bewegen.
Wat vind je van dit BCI-apparaat? Zou je er ooit een dragen? Like, reageer en deel dit artikel, en klik hier om meer te leren over andere coole computertechnologie.
Investeren in de ontwikkeling van de hersen-computerinterface
Er zijn veel bedrijven actief in de BCI-sector, die een toekomst voor ogen hebben waarin de geest het zware werk doet. Hoewel pure BCI-startups vaak privébedrijven blijven, kunnen investeerders terecht bij gevestigde medische technologiebedrijven die de cruciale chirurgische infrastructuur leveren die nodig is voor de implantatie van deze apparaten. Hier is een voorbeeld van een bedrijf dat de complexe neurochirurgie mogelijk maakt die nodig is voor de volgende generatie herseninterfaces.
Afhaalrestaurants voor investeerders
- BISC laat zien dat brein-computerinterfaces evolueren van omvangrijke prototypes naar schaalbare, op halfgeleiders gebaseerde producten.
- De acceptatie van BCI zal afhangen van veiligheidsgegevens, wettelijke goedkeuringen, vergoedingen en klinisch bewezen resultaten, en niet alleen van technische specificaties.
- De publieke bekendheid is tegenwoordig indirect, via neurochirurgische en medische technologiebedrijven zoals Integra Lifesciences, terwijl startups die zich volledig richten op BCI (Brain-Computer Interface) privé blijven.
- De potentiële voordelen van BCI's op de lange termijn worden gecompenseerd door ethische discussies, zorgen over gegevensbescherming en onzekere tijdlijnen voor algemeen gebruik.
- Beleggers moeten BCI beschouwen als een risicovol thema met een lange looptijd, dat een aanvulling kan zijn op, en geen vervanging van, kernposities in de gezondheidszorg en AI.
Integra Levenswetenschappen
Integra Lifesciences betrad de markt in 1989. De oprichter, Richard Caruso, wilde de toegang tot neurologische behandelingen verbeteren. Deze aanpak kreeg veel steun dankzij een combinatie van effectieve behandelingen en positieve reacties van investeerders. Integra Lifesciences ging in 1995 naar de beurs.
(IART )
In 2007 bracht het bedrijf een verbeterde NeuroSight Arc-softwaremodule voor hersenmapping uit voor zijn OmniSight EXcel-systeem, dat gebruikt wordt voor het plannen van procedures voor de ziekte van Parkinson en andere bewegingsstoornissen. Sindsdien heeft het bedrijf zijn portfolio van neurochirurgische producten verder uitgebreid. In 2017 nam het bedrijf Codman Neurosurgery over van Johnson & Johnson voor $ 1.045 miljard.
Deze manoeuvre vergrootte het bereik van het bedrijf en stelde het in staat geavanceerdere producten aan te bieden. Wie toegang wil tot de MedTech-sector, zou zich verder moeten verdiepen in Integra Lifesciences.
Het laatste nieuws en de prestaties van het aandeel Integra Lifesciences (IART)
Referenties
1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, JD et al. Een draadloze, onder de hersenvlies gelegen hersen-computerinterface met 65,536 elektroden en 1,024 kanalen. Nat Elektron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
