Computação
Interface cérebro-computador implantada ultrafina quebra recordes
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A maioria das pessoas no mundo interage com seus smartphones, PCs ou tablets usando as interfaces tradicionais de tela e teclado. No entanto, esses modos de comunicação homem-máquina podem se tornar obsoletos nos próximos anos, visto que uma equipe de engenheiros de instituições renomadas criou com sucesso uma interface cérebro-computador (BCI) miniaturizada e implantável, com potencial para revolucionar diversos mercados.
A invenção combina um transceptor sem fio, um sistema de energia avançado, um módulo de controle digital, conversores de dados e diversos componentes adicionais para possibilitar uma comunicação bidirecional direta com o cérebro. Esse desenvolvimento representa um marco importante para as interfaces cérebro-computador (BCIs), que poderão um dia remodelar a forma como humanos e máquinas interagem. Veja o que você precisa saber.
Resumo
- O BISC é uma interface cérebro-computador ultrafina de chip único que fica entre o cérebro e o crânio e utiliza 65,536 eletrodos.
- O implante transmite dados neurais de alta largura de banda por meio de um link UWB personalizado para um repetidor vestível que se comporta como um dispositivo Wi-Fi padrão.
- Estudos pré-clínicos e em humanos em fase inicial sugerem que essa substância pode transformar o tratamento da epilepsia, paralisia e outras doenças neurológicas.
- O BISC é fabricado utilizando processos semicondutores padrão, tornando a produção em larga escala e as futuras implementações comerciais mais realistas.
- A Integra Lifesciences (IART) oferece uma maneira de obter exposição no mercado público a tecnologias neurocirúrgicas e de interface cérebro-computador.
Interface Cérebro-Computador (BCI)
As interfaces cérebro-computador percorreram um longo caminho nos últimos 50 anos. Esses dispositivos evoluíram de sensores simples capazes de detectar ondas alfa para sistemas complexos que podem interceptar e decodificar os sinais cerebrais em tempo real.
O crescimento da tecnologia BCI abriu caminho para desenvolvimentos empolgantes, incluindo avanços na área médica. Especificamente, esses dispositivos têm se mostrado úteis no tratamento de pessoas com distúrbios neurológicos como epilepsia ou paralisia. Consequentemente, os cientistas agora consideram essa tecnologia um setor importante com potencial para ajudar milhões de pessoas.
Problemas com a Interface Cérebro-Computador (ICC) atual
Como seria de esperar, é necessária uma complexidade tecnológica significativa para capturar e decifrar ondas cerebrais para controlar dispositivos externos. Um dos principais fatores que limitam essa tecnologia é a sua natureza complexa. Até recentemente, os sistemas de IA não eram capazes de decifrar essas ondas com precisão, o que significa que essa tarefa era realizada por sistemas de computação tradicionais.
Hardware complexo limita as atuais interfaces cérebro-computador (BCIs).
Mesmo quando a tecnologia começou a alcançar essas capacidades, ela continuava grande, desconfortável e impraticável para o usuário. Os sistemas mais avançados de hoje exigem um grande compartimento implantado para abrigar a maior parte dos componentes eletrônicos. Esse compartimento precisa ser implantado no crânio ou no tórax, sendo que a última opção requer cabos adicionais.
Por que as BCIs atuais não são escaláveis?
Diversas limitações de fabricação tornaram a produção em massa desses dispositivos impossível. Em primeiro lugar, os custos e a precisão necessários para criá-los em larga escala não estavam disponíveis. Além disso, os projetos modernos não foram concebidos para suportar a produção em larga escala, o que significa que utilizam métodos e componentes que a tornam inviável.
Estudo de Interface Cérebro-Computador: Por Dentro do Implante BISC
Reconhecendo essas limitações como o principal obstáculo para alcançar o verdadeiro potencial das BCIs (Interfaces Cérebro-Computador), uma equipe de engenheiros da Universidade de Columbia, do Hospital New York-Presbyterian, da Universidade de Stanford e da Universidade da Pensilvânia se propôs a corrigir esses problemas e inaugurar uma nova era de controle humano-máquina.
O estudo1, intitulado 'Uma interface cérebro-computador sem fio, implantada subduralmente, com 65,536 eletrodos e 1,024 canais'O artigo publicado na Nature Electronics repensa toda a abordagem desde a base. Sua criação alcança um desempenho incomparável, representando melhorias de várias ordens de magnitude em relação às versões anteriores, tudo isso a partir de um minúsculo implante neural ultrafino e sem fio.
Sistema de Interface Biológica com o Córtex (BISC)
A invenção, chamada Sistema de Interface Biológica para o Córtex (BISC, na sigla em inglês), apresenta um design simplificado de circuito integrado de metal-óxido-semicondutor (CMOS) em um único chip. Suas dimensões minúsculas, de apenas 50 μm de espessura e 3 mm³, fazem com que ela ocupe 1/1000 do volume do implante padrão atual, ou aproximadamente a espessura de um fio de cabelo humano.
Fonte - Science Daily
Seu design fino permite que seja colocado diretamente entre o cérebro e o crânio. Dentro desse minúsculo dispositivo, encontra-se uma grande quantidade de tecnologia avançada capaz de fornecer intenso poder de processamento. Esse poder de processamento é necessário para captar as ondas cerebrais e enviá-las aos sistemas avançados de IA que controlam o processo.
Modelos de IA
Os engenheiros se basearam em décadas de conhecimento em neurociência e ciência das ondas cerebrais para criar um modelo de IA eficaz, capaz de registrar, enviar e receber ondas cerebrais. O sistema de IA pode decodificar tarefas específicas, incluindo movimento, intenção e percepção. Ele realiza essa tarefa por meio do uso de softwares e sensores desenvolvidos especificamente para interagir com os sistemas de IA.
Eletrodos
Para permitir a verdadeira conectividade cerebral, o BISC opera como um dispositivo de microeletrocorticografia (µECoG). Este sistema utiliza 65,536 eletrodos, 1,024 canais de gravação e 16,384 canais de estimulação para criar gravações de alta largura de banda das ondas cerebrais em tempo real.
As gravações são então enviadas para sistemas avançados de IA. Esses sistemas combinam algoritmos de aprendizado de máquina e aprendizado profundo, permitindo-lhes interpretar o sinal complexo. Notavelmente, este trabalho se baseia em pesquisas anteriores em neurociência computacional e de sistemas realizadas pelos autores colaboradores, Dr. Tolias e Bijan Pesaran.
Link sem fio
Uma estação repetidora usada pelo paciente permite a comunicação de alta velocidade com o dispositivo implantado. À medida que o dispositivo implantado se comunica diretamente com o cérebro, ele retransmite o sinal para a estação repetidora. Essa estação repetidora vestível se comunica com o implante por meio de um link de rádio de banda ultralarga (UWB) personalizado que atinge cerca de 100 Mbps e, em seguida, se apresenta externamente como um dispositivo Wi-Fi 802.11 padrão.
Como a Interface Cérebro-Computador foi Construída
O implante BISC foi fabricado utilizando máquinas e ferramentas de fácil acesso, garantindo a possibilidade de produção em larga escala. Especificamente, o dispositivo utiliza a tecnologia Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) de 0.13 μm da TSMC. Essa abordagem permitiu reduzir o tamanho e o formato do dispositivo, combinando múltiplas tecnologias de semicondutores em um único chip para produzir circuitos integrados (CIs) de sinal misto.
Essa estratégia é vantajosa porque permite que o sistema aceite lógica direta do CMOS e funções analógicas de alta tensão. Além disso, possibilita que o dispositivo opere com maior eficiência utilizando transistores DMOS.
Teste de Interface Cérebro-Computador
A equipe construiu um dispositivo de demonstração e realizou diversos testes para comprovar sua teoria. Para realizar os aspectos cirúrgicos da fase de testes, a equipe fez uma parceria com Youngerman no NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Juntos, eles desenvolveram uma estratégia de transplante segura e minimamente invasiva que permitiu testar o dispositivo em um ambiente cirúrgico real.
O procedimento consistia em fazer uma pequena incisão e deslizar o dispositivo entre o cérebro e o teto do crânio. Seu design flexível e extremamente fino tornou o processo muito mais fácil do que os métodos tradicionais. Além disso, como não havia componentes ou fios que penetrassem o cérebro, o procedimento era muito mais seguro.
Resultados do teste de interface cérebro-computador
Os testes demonstraram as verdadeiras capacidades do sistema, que conseguiu capturar gravações de alta velocidade diretamente do cérebro. Apresentou desempenho estável e não apresentou reatividade tecidual negativa imediata, o que significa que seria ideal para uso em cenários médicos que exigem implantes de longa duração.
Benefícios da Interface Cérebro-Computador BISC
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| Característica | BCIs implantáveis convencionais | Implante ultrafino BISC |
|---|---|---|
| Fator de forma | Recipiente eletrônico volumoso implantado no crânio ou no tórax, com fios conectados ao cérebro. | Implante de chip único com cerca de 50 μm de espessura, aproximadamente 3 mm³, localizado entre o cérebro e o crânio. |
| Contagem de eletrodos | Centenas a alguns milhares de eletrodos | 65,536 eletrodos em uma matriz µECoG de alta densidade |
| Canais de gravação | Dezenas a centenas de canais simultâneos | Até 1,024 canais de gravação simultâneos |
| Capacidade de estimulação | Frequentemente, módulos de hardware limitados ou separados. | 16,384 canais de estimulação integrados no mesmo chip |
| Link de dados sem fio | Menor largura de banda, geralmente proprietária e volumosa | Conexão UWB de aproximadamente 100 Mbps com um repetidor vestível que se comporta como Wi-Fi. |
| Invasividade cirúrgica | Abertura maior no crânio e mais componentes ósseos no corpo. | Uma lasca extremamente fina foi inserida no espaço subdural através de uma pequena incisão. |
| Global | Montagem personalizada; fabricação mais difícil de escalar | Fabricado com processos semicondutores padrão para produção em larga escala. |
Aplicações e cronograma do BCI no mundo real
Existem diversas aplicações para o computador com interface cérebro-computador. Este dispositivo ajudará a melhorar a vida de milhões de pessoas que sofrem de doenças neurológicas debilitantes. Enfermidades como epilepsia, paralisia, convulsões, perda de habilidades motoras, perda da fala e cegueira poderão, de repente, ter novas opções de tratamento.
Essa tecnologia também ajudará pessoas que precisam de próteses devido à perda de membros. O sistema permitirá uma comunicação perfeita e poderá até mesmo fornecer feedback em tempo real ao usuário, tornando o tratamento muito mais eficaz.
Timeline
Este produto poderá chegar ao setor médico nos próximos 5 anos. Ao contrário de seus antecessores, o grupo já acelerou seus ensaios clínicos, com estudos intraoperatórios de curto prazo em pacientes humanos já em andamento. Portanto, podemos esperar mais avanços relacionados a essa tecnologia.
Pesquisadores da Interface Cérebro-Computador
O estudo BISC combina diversos aspectos de instituições de prestígio. Especificamente, aproveita a expertise em microeletrônica da Universidade Columbia, da Universidade da Pensilvânia e dos programas de neurociência de Stanford. Além disso, utiliza os recursos cirúrgicos do Centro Médico Irving do NewYork-Presbyterian/Columbia University. A equipe obteve financiamento de uma bolsa dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) e do programa de Design de Sistemas de Engenharia Neural da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA). Esse financiamento permitiu que a equipe acelerasse sua pesquisa e validasse os resultados.
O futuro das interfaces cérebro-computador ultrafinas
O futuro dessa tecnologia parece promissor. Os engenheiros já demonstraram interesse em aprimorar a eficácia do modelo de IA e realizar testes completos em humanos. Além disso, a equipe buscará parcerias para ajudar a financiar o projeto e garantir contratos industriais para a fabricação do dispositivo.
Interface Cérebro-Computador | Conclusão
O estudo sobre a Interface Cérebro-Computador abre caminho para um futuro de ficção científica onde os computadores serão controlados simplesmente pelo pensamento. Esses dispositivos chegarão ao público inicialmente por meio de tratamentos médicos. No entanto, não demorará muito para que você possa ter uma conversa profunda com seu smartphone sem mover os lábios.
O que você acha deste dispositivo BCI? Você usaria um? Curta, comente e compartilhe este artigo e clique aqui. aqui. Para aprender sobre outras tecnologias de informática interessantes.
Investindo no desenvolvimento da interface cérebro-computador
Existem muitas empresas envolvidas no setor de interfaces cérebro-computador (BCI), que vislumbram um futuro onde a mente realiza o trabalho pesado. Embora as startups de BCI puras geralmente permaneçam privadas, os investidores podem considerar empresas de tecnologia médica consolidadas que fornecem a infraestrutura cirúrgica essencial para o implante desses dispositivos. Aqui está uma empresa que facilita a neurocirurgia complexa necessária para a próxima geração de interfaces cerebrais.
Dicas para investidores
- O projeto BISC demonstra que as interfaces cérebro-computador estão evoluindo de protótipos volumosos para produtos escaláveis, semelhantes a semicondutores.
- A adoção de interfaces cérebro-computador (BCI) dependerá de dados de segurança, aprovações regulatórias, reembolso e resultados clinicamente comprovados, e não apenas de especificações técnicas.
- A exposição pública hoje é indireta, por meio de nomes da neurocirurgia e da tecnologia médica, como a Integra Lifesciences, enquanto as startups de interface cérebro-computador (BCI) puras permanecem privadas.
- O potencial de longo prazo das interfaces cérebro-computador (BCIs) é contrabalançado por debates éticos, preocupações com a privacidade dos dados e cronogramas incertos para seu uso generalizado.
- Os investidores devem considerar a BCI como um tema de alto risco e longo prazo que pode complementar, e não substituir, os principais investimentos em saúde e inteligência artificial.
Integra Lifesciences
A Integra Lifesciences entrou no mercado em 1989. Seu fundador, Richard Caruso, queria proporcionar maior acesso a tratamentos neurológicos. Essa abordagem recebeu forte apoio graças a uma combinação de tratamentos eficazes e respostas favoráveis dos investidores. Notavelmente, a Integra Lifesciences abriu seu capital em 1995.
(IART )
Em 2007, a empresa lançou um módulo de software de mapeamento cerebral NeuroSight Arc atualizado para seu sistema OmniSight EXcel, usado no planejamento de procedimentos para a doença de Parkinson e outros distúrbios do movimento. A partir daí, a empresa continuou a expandir seu portfólio de produtos neurocirúrgicos. Em 2017, a empresa adquiriu a Codman Neurosurgery da Johnson & Johnson por US$ 1.045 bilhão.
Essa manobra expandiu o alcance da empresa e permitiu que ela fornecesse produtos mais avançados. Quem busca acesso à área de tecnologia médica deve pesquisar mais sobre a Integra Lifesciences.
Últimas notícias e desempenho das ações da Integra Lifesciences (IART).
Referências
1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, JD et ai. Uma interface cérebro-computador sem fio, implantada sob a superfície da pele, com 65,536 eletrodos e 1,024 canais. Elétron Nat (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
