Computing
Ultradunne Geïmplanteerde Brain-Computer Interface Breekt Records
De meerderheid van de wereld gebruikt hun smartphone, pc of tablet via de traditionele scherm- en toetsenbordinterfaces. Deze vormen van mens‑machinecommunicatie kunnen echter de komende jaren overbodig worden, nu een team van ingenieurs van verschillende prestigieuze instellingen met succes een miniatuurbare, implanteerbare BCI heeft gecreëerd die de potentie heeft om verschillende markten te revolutioneren.
Their invention combines a wireless transceiver, an advanced power system, a digital control module, data converters, and several additional components to enable true direct-to-brain two-way communication. This development marks a major milestone for BCIs that could one day reshape how humans and machines interact. Here’s what you need to know.
Samenvatting
- BISC is een ultradunne, single‑chip brain‑computer interface die zich tussen de hersenen en de schedel bevindt en 65.536 elektroden gebruikt.
- De implantaat streamt breedband‑neurale data via een aangepaste UWB‑link naar een draagbare relais die verschijnt als een standaard Wi‑Fi‑apparaat.
- Preklinische en vroege humane studies suggereren dat het de behandeling van epilepsie, verlamming en andere neurologische aandoeningen kan transformeren.
- BISC wordt gefabriceerd met standaard halfgeleiderprocessen, waardoor grootschalige productie en toekomstige commerciële uitrol realistischer worden.
- Integra Lifesciences (IART) biedt een manier om publieke marktblootstelling te krijgen voor neurochirurgische en hersen‑interface technologieën.
Brain-Computer Interface (BCI)
Brain‑computer interfaces hebben de afgelopen 50 jaar een lange weg afgelegd. Deze apparaten zijn geëvolueerd van eenvoudige sensoren die alfa‑golven konden detecteren naar complexe systemen die de signalen van de hersenen in realtime kunnen onderscheppen en decoderen.
De groei van BCI‑technologie heeft de deur geopend voor spannende ontwikkelingen, waaronder doorbraken in de medische sector. Specifiek zijn deze apparaten nuttig gebleken bij de behandeling van mensen met neurologische aandoeningen zoals epilepsie of verlamming. Hierdoor zien wetenschappers deze technologie nu als een belangrijke sector met het potentieel om miljoenen te helpen.
Problemen met de huidige Brain-Computer Interface (BCI)
Zoals men zou verwachten, is er aanzienlijke technologische complexiteit nodig om hersengolven vast te leggen en te ontcijferen om externe apparaten te besturen. Een van de belangrijkste factoren die deze technologie heeft beperkt, is de ingewikkelde aard ervan. Tot voor kort waren AI‑systemen niet in staat deze golven nauwkeurig te ontcijferen, waardoor de taak werd uitgevoerd door traditionele computersystemen.
Ongemakkelijke hardware beperkt huidige BCI’s
Zelfs toen de technologie deze mogelijkheden begon te bereiken, bleef ze groot, oncomfortabel en onpraktisch voor de drager. De meest geavanceerde systemen van vandaag vereisen een grote geïmplanteerde kanister om het grootste deel van de elektronica te huisvesten. Deze opslag moet in de schedel of in de borst worden geïmplanteerd, waarbij de laatste optie extra kabels vereist.
Waarom de huidige BCI’s niet opschalen
Verschillende productiebeperkingen hebben massaproductie van deze apparaten onmogelijk gemaakt. Ten eerste zijn de enorme kosten en de precisie die nodig zijn om deze apparaten op grote schaal te maken niet beschikbaar geweest. Bovendien zijn moderne ontwerpen niet gemaakt om grootschalige productie te ondersteunen, waardoor ze methoden en componenten gebruiken die opschalen onredelijk maken.
Brain-Computer Interface Studie: Binnen de BISC-Implantaat
Door deze beperkingen te herkennen als de belangrijkste hindernis voor het realiseren van het volledige potentieel van BCI’s, zette een team van ingenieurs van Columbia University, New York‑Presbyterian Hospital, Stanford University en de University of Pennsylvania zich in om deze problemen op te lossen en een nieuw tijdperk van mens‑machine controle in te luiden.
De studie1, getiteld ‘A wireless subdural-contained brain–computer interface with 65,536 electrodes and 1,024 channels’, gepubliceerd in Nature Electronics, heroverweegt de volledige benadering vanaf de basis. Hun creatie levert ongeëvenaarde prestaties die een orde‑van‑grootte verbetering betekenen ten opzichte van eerdere versies, allemaal vanuit een klein, draadloos, ultradun neuronaal implantaat.
Biological Interface System to Cortex (BISC)
Hun uitvinding, genaamd het Biological Interface System to Cortex (BISC), beschikt over een vereenvoudigd single‑chip metal‑oxide‑semiconductor (CMOS) geïntegreerd circuitontwerp. Met een minuscule dikte van slechts 50 μm en een volume van 3 mm³ is het 1/1000e van het volume van de huidige standaardimplantaat, ongeveer zo dik als een menselijk haar.
Bron – Science Daily
Dit dunne ontwerp maakt het mogelijk om het direct tussen de hersenen en de schedel te plaatsen. In dit kleine apparaat zit veel geavanceerde technologie die intense rekenkracht kan leveren. Deze rekenkracht is nodig om hersengolven vast te leggen en naar de geavanceerde AI‑systemen te sturen die de controle uitvoeren.
AI-modellen
De ingenieurs bouwden voort op tientallen jaren neurologisch en hersengolfonderzoek om een effectief AI‑model te creëren dat hersengolven kan registreren, verzenden en ontvangen. Het AI‑systeem kan specifieke taken decoderen, waaronder beweging, intentie en perceptie. Het bereikt dit via speciaal ontwikkelde software en sensoren die zijn ontworpen om met de AI‑systemen te interageren.
Elektroden
Om echte hersenconnectiviteit mogelijk te maken, functioneert de BISC als een micro‑electrocorticography (µECoG) apparaat. Dit systeem maakt gebruik van 65.536 elektroden, 1.024 opnamekanalen en 16.384 stimulatiekanalen om realtime, breedband‑opnames van hersengolven te creëren.
De opnames worden vervolgens naar de geavanceerde AI‑systemen gestuurd. Deze systemen combineren zowel machine‑learning‑ als deep‑learning‑algoritmen, waardoor ze de complexe signalen kunnen interpreteren. Opmerkelijk is dat dit werk voortbouwt op eerder computationeel en systemisch neuro‑wetenschappelijk onderzoek van de bijdragende auteurs, Dr. Tolias en Bijan Pesaran.
Draadloze link
Een door de patiënt gedragen relaisstation maakt hoge‑doorvoersnelheid communicatie met het geïmplanteerde apparaat mogelijk. Terwijl het geïmplanteerde apparaat direct met de hersenen communiceert, zendt het signaal vervolgens uit naar het relaisstation. Een draagbaar relaisstation communiceert met de implantaat via een aangepaste ultrawideband (UWB) radiolink van ongeveer 100 Mbps en presenteert zich extern als een standaard 802.11 Wi‑Fi‑apparaat.
Hoe de Brain-Computer Interface is gebouwd
De BISC‑implantaat werd gefabriceerd met gemakkelijk toegankelijke machines en gereedschappen, waardoor grootschalige productie mogelijk zou zijn. Specifiek maakt het apparaat 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 op één chip te combineren tot gemengde‑signaal geïntegreerde schakelingen (IC’s).
Deze strategie is voordelig omdat het systeem directe logica van de CMOS en hoog‑spannings‑analoge functies kan accepteren. Bovendien maakt het apparaat gebruik van DMOS‑transistoren, waardoor het op een hoger efficiëntieniveau kan opereren.
Brain-Computer Interface Test
Het team bouwde een demotoestel en voerde verschillende tests uit om hun theorie te toetsen. Om de chirurgische aspecten van de testfase uit te voeren, werkte het team samen met Youngerman van NewYork‑Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Samen ontwikkelden ze een veilige en minimaal invasieve transplantatiestrategie die hen in staat stelde het apparaat in een echte chirurgische setting te testen.
Het proces omvatte het maken van een kleine incisie en het schuiven van het apparaat tussen de hersenen en het dak van de schedel. Het flexibele, papier‑dunne ontwerp maakte het proces veel eenvoudiger dan traditionele methoden. Bovendien waren er geen hersen‑penetrerende componenten of draden, waardoor het proces veel veiliger was.
Brain-Computer Interface Testresultaten
De tests toonden de ware mogelijkheden van het systeem doordat het in staat was hoge‑snelheidsopnames direct van de hersenen vast te leggen. Het demonstreerde stabiele prestaties en vertoonde geen onmiddellijke negatieve weefselreactiviteit, wat betekent dat het ideaal zou zijn voor gebruik in medische scenario’s waar langdurige implantaats nodig zijn.
Voordelen van de BISC Brain-Computer Interface
Veeg om te scrollen →
| Kenmerk | Conventionele implanteerbare BCI’s | BISC Ultra-dunne implantaat |
|---|---|---|
| Formfactor | Bulky electronics canister in skull or chest with leads to brain | Single-chip implant ~50 μm thick, about 3 mm³, sits between brain and skull |
| Aantal elektroden | Hundreds to a few thousand electrodes | 65,536 electrodes in a high-density µECoG array |
| Opnamekanalen | Tens to hundreds simultaneous channels | Up to 1,024 simultaneous recording channels |
| Stimuleringscapaciteit | Often limited or separate hardware modules | 16,384 stimulation channels integrated on the same chip |
| Draadloze dataverbinding | Lower bandwidth, often proprietary and bulky | ~100 Mbps UWB link to a wearable relay that appears as Wi-Fi |
| Chirurgische invasiviteit | Larger opening in skull and more hardware in the body | Paper-thin chip slid into subdural space via small incision |
| Schaalbaarheid | Custom assembly; harder to scale manufacturing | Built with standard semiconductor processes for high-volume production |
Toepassingen van BCI in de echte wereld en tijdlijn
Er zijn verschillende toepassingen voor de hersen‑computerinterface. Dit apparaat zal de levens van miljoenen mensen met slopende neurologische aandoeningen verbeteren. Aandoeningen zoals epilepsie, verlamming, aanvallen, verlies van motorische vaardigheden, verlies van spraak en blindheid zouden plotseling nieuwe behandelingsopties kunnen krijgen.
Deze technologie zal ook helpen bij mensen die protheses nodig hebben door ledemaatverlies. Het systeem maakt naadloze communicatie mogelijk en kan zelfs worden gebruikt om realtime feedback aan de drager te geven, waardoor de behandeling veel bevredigender wordt.
Tijdlijn
Dit product zou binnen de komende 5 jaar de medische sector kunnen betreden. In tegenstelling tot zijn voorgangers heeft het team de klinische proeven al versneld met kortetermijn‑intra‑operatieve studies bij menselijke patiënten die al plaatsvinden. Daarom kun je verwachten dat er meer doorbraken rondom deze technologie zullen volgen.
Brain-Computer Interface onderzoekers
De BISC‑studie combineert verschillende aspecten van prestigieuze instellingen. Specifiek maakt het gebruik van Columbia’s micro‑elektronica‑expertise, de University of Pennsylvania en Stanford’s neurowetenschappelijke programma’s. Daarnaast maakt het gebruik van de chirurgische mogelijkheden van NewYork‑Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Het team kreeg financiering van een National Institutes of Health‑grant en het Neural Engineering System Design‑programma van de Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Deze financiering stelde het team in staat hun onderzoek te versnellen en de resultaten te valideren.
De toekomst van ultradunne Brain-Computer Interfaces
De toekomst van deze technologie ziet er rooskleurig uit. De ingenieurs hebben al interesse getoond om de effectiviteit van het AI‑model verder te verbeteren en volledige humane proeven uit te voeren. Daarnaast zal het team partnerschappen zoeken om het project te financieren en industriële contracten te verkrijgen voor de productie van het apparaat.
Brain-Computer Interface | Conclusie
De Brain‑Computer Interface‑studie opent de deur naar een sci‑fi toekomst waarin computers simpelweg door gedachten worden aangestuurd. Deze apparaten zullen eerst via medische behandelingen bij het publiek terechtkomen. Het zal echter niet lang duren voordat je een diepgaand gesprek met je smartphone kunt voeren zonder je lippen te bewegen.
Wat vind je van dit BCI‑apparaat? Zou je er ooit een dragen? Like, comment, and share this article, and click hier to learn about other cool computer tech.
Investeren in de ontwikkeling van Brain-Computer Interface
Er zijn veel bedrijven actief in de BCI‑sector, die een toekomst visualiseren waarin de geest het zware werk doet. Terwijl pure‑play BCI‑start‑ups vaak privé blijven, kunnen investeerders kijken naar gevestigde medische‑technologiefirma’s die de kritieke chirurgische infrastructuur bieden die nodig is om deze apparaten te implanteren. Hier is één bedrijf dat de complexe neurochirurgie faciliteert die nodig is voor de volgende generatie hersen‑interfaces.
Belangrijke punten voor investeerders
- BISC toont aan dat brain‑computer interfaces evolueren van logge prototypes naar schaalbare, halfgeleider‑achtige producten.
- De adoptie van BCI zal afhangen van veiligheidsdata, regelgevende goedkeuringen, terugbetaling en klinisch bewezen resultaten, niet alleen van technische specificaties.
- Publieke blootstelling is vandaag indirect, via neurochirurgie en MedTech‑namen zoals Integra Lifesciences, terwijl pure‑play BCI‑start‑ups privé blijven.
- De langetermijnpotentie van BCI’s wordt afgewogen tegen ethische discussies, zorgen over gegevensprivacy en onzekere tijdlijnen voor mainstream gebruik.
- Investeerders zouden BCI moeten behandelen als een hoog‑risico, langetermijn thema dat kern‑gezondheidszorg‑ en AI‑posities kan complementeren, niet vervangen.
Integra Lifesciences
Integra Lifesciences betrad de markt in 1989. Oprichter Richard Caruso wilde meer toegang tot neurologische behandelingen bieden. Deze benadering kreeg sterke steun dankzij een combinatie van nuttige behandelingen en gunstige reacties van investeerders. Opmerkelijk is dat Integra Lifesciences in 1995 naar de beurs ging.
(IART )
In 2007 bracht het bedrijf een geüpgraded NeuroSight Arc hersen‑mapping softwaremodule uit voor zijn OmniSight EXcel‑systeem, gebruikt om procedures voor de ziekte van Parkinson en andere bewegingsstoornissen te plannen. Vanaf dat moment breidde het bedrijf zijn neurochirurgische productportfolio uit. In 2017 verwierf het bedrijf Codman Neurosurgery van Johnson & Johnson voor $1.045 B.
Deze zet breidde het bereik van het bedrijf uit en stelde het in staat meer geavanceerde producten te leveren. Degenen die toegang tot de MedTech‑sector zoeken, moeten meer onderzoek doen naar Integra Lifesciences.
Laatste Integra Lifesciences (IART) aandelen nieuws en prestaties
Referenties
1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, J.D. et al. A wireless subdural-contained brain–computer interface with 65,536 electrodes and 1,024 channels. Nat Electron (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
