Вычисление
Сверхтонкий имплантируемый интерфейс «мозг-компьютер» бьет рекорды.
Securities.io поддерживает строгие редакционные стандарты и может получать компенсацию за просмотренные ссылки. Мы не являемся зарегистрированным инвестиционным консультантом, и это не инвестиционный совет. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим раскрытие аффилированного лица.
Большинство людей в мире взаимодействуют со своими смартфонами, ПК или планшетами, используя традиционные интерфейсы — экран и клавиатуру. Однако эти способы взаимодействия человека и машины могут устареть в ближайшие годы, поскольку команда инженеров из престижных учебных заведений успешно создала миниатюрный имплантируемый интерфейс «мозг-компьютер», способный произвести революцию на нескольких рынках.
Их изобретение объединяет беспроводной приемопередатчик, усовершенствованную систему питания, цифровой модуль управления, преобразователи данных и несколько дополнительных компонентов, что позволяет осуществлять истинную двустороннюю связь напрямую с мозгом. Эта разработка знаменует собой важную веху для интерфейсов мозг-компьютер, которая однажды может изменить то, как люди и машины взаимодействуют. Вот что вам нужно знать.
Резюме
- BISC — это сверхтонкий однокристальный интерфейс «мозг-компьютер», который располагается между мозгом и черепом и использует 65 536 электродов.
- Имплантат передает высокоскоростные нейронные данные по специально разработанному UWB-каналу на носимое устройство, которое отображается как стандартное Wi-Fi-устройство.
- Доклинические и ранние исследования на людях показывают, что это средство может произвести революцию в лечении эпилепсии, паралича и других неврологических заболеваний.
- Технология BISC изготавливается с использованием стандартных полупроводниковых процессов, что делает крупномасштабное производство и будущее коммерческое внедрение более реалистичными.
- Компания Integra Lifesciences (IART) предлагает один из способов выхода на публичный рынок нейрохирургических технологий и технологий взаимодействия головного мозга.
Интерфейс мозг-компьютер (BCI)
За последние 50 лет интерфейсы «мозг-компьютер» прошли долгий путь развития. Эти устройства превратились из простых датчиков, способных обнаруживать альфа-волны, в сложные системы, которые могут перехватывать и декодировать сигналы мозга в режиме реального времени.
Развитие технологии «мозг-компьютер» открыло двери для ряда захватывающих разработок, включая прорывы в медицинской сфере. В частности, эти устройства оказались полезными в лечении людей с неврологическими расстройствами, такими как эпилепсия или паралич. Следовательно, ученые теперь рассматривают эту технологию как важную отрасль, которая потенциально может помочь миллионам людей.
Проблемы современных интерфейсов «мозг-компьютер» (BCI)
Как и следовало ожидать, для захвата и расшифровки мозговых волн с целью управления внешними устройствами требуется значительная технологическая сложность. Одним из главных факторов, ограничивающих развитие этой технологии, является её сложная природа. До недавнего времени системы искусственного интеллекта не были способны точно расшифровывать эти волны, а это означало, что эта задача выполнялась традиционными вычислительными системами.
Неудобное оборудование ограничивает возможности современных интерфейсов мозг-компьютер.
Даже когда технология начала достигать этих возможностей, она оставалась большой, неудобной и непрактичной для пользователя. Современные передовые системы требуют имплантации большого контейнера для размещения большей части электроники. Этот контейнер необходимо имплантировать в череп или грудную клетку, причем последний вариант требует дополнительных кабелей.
Почему современные интерфейсы мозг-компьютер не масштабируются
Ряд производственных ограничений сделал массовое производство этих устройств невозможным. Во-первых, отсутствуют необходимые для крупномасштабного производства затраты и точность. Кроме того, современные конструкции не были разработаны для поддержки крупномасштабного производства, а это значит, что в них используются методы и компоненты, которые делают его нецелесообразным.
Исследование интерфейса «мозг-компьютер»: внутреннее устройство имплантата BISC.
Осознавая эти ограничения как главное препятствие на пути к раскрытию истинного потенциала интерфейсов мозг-компьютер, группа инженеров из Колумбийского университета, Нью-Йоркской пресвитерианской больницы, Стэнфордского университета и Пенсильванского университета приступила к решению этих проблем и открытию новой эры управления человеком и машиной.
Исследование1, Под названием «Беспроводной субдуральный интерфейс «мозг-компьютер», включающий 65 536 электродов и 1,024 канала».В статье, опубликованной в журнале Nature Electronics, полностью переосмыслен весь подход. Их разработка обеспечивает непревзойденную производительность, на порядки превосходящую предыдущие версии, и все это благодаря крошечному беспроводному ультратонкому нейронному имплантату.
Система биологического интерфейса с корой головного мозга (BISC)
Их изобретение, получившее название «Биологическая интерфейсная система для коры головного мозга» (BISC), представляет собой упрощенную однокристальную интегральную схему на основе металл-оксид-полупроводниковой (CMOS) технологии. Его крошечные размеры — всего 50 мкм толщиной и 3 мм³ — делают его в 1000 раз меньше по объему, чем существующие стандартные имплантаты, или примерно равным толщине человеческого волоса.
Источник - Science Daily
Благодаря своей тонкой конструкции устройство можно разместить непосредственно между мозгом и черепом. Внутри этого крошечного прибора находится множество передовых технологий, способных обеспечить высокую вычислительную мощность. Эта вычислительная мощность необходима для захвата мозговых волн и передачи их в передовые системы искусственного интеллекта, управляющие процессом.
Модели ИИ
Инженеры, опираясь на многолетний опыт в области нейрологии и изучения мозговых волн, создали эффективную модель искусственного интеллекта, способную регистрировать, передавать и принимать мозговые волны. Система ИИ может расшифровывать определенные задачи, включая движение, намерение и восприятие. Она выполняет эту задачу с помощью специально разработанного программного обеспечения и датчиков, предназначенных для взаимодействия с системами ИИ.
Электроды
Для обеспечения истинной связи между нейронами головного мозга, система BISC работает как микроэлектрокортикограф (µECoG). Эта система использует 65 536 электродов, 1,024 канала записи и 16 384 канала стимуляции для создания высокоскоростных записей мозговых волн в реальном времени.
Затем записи передаются в передовые системы искусственного интеллекта. Эти системы сочетают в себе алгоритмы машинного обучения и глубокого обучения, что позволяет им интерпретировать сложный сигнал. Примечательно, что эта работа основывается на предыдущих исследованиях в области вычислительной и системной нейронауки, проведенных авторами, доктором Толиасом и Биджаном Песараном.
Беспроводная связь
Носимая пациентом ретрансляционная станция обеспечивает высокоскоростную связь с имплантированным устройством. Имплантированное устройство напрямую взаимодействует с мозгом, а затем передает сигнал на ретрансляционную станцию. Носимая ретрансляционная станция взаимодействует с имплантатом по специально разработанной сверхширокополосной (UWB) радиосвязи, обеспечивающей скорость около 100 Мбит/с, и затем позиционирует себя внешне как стандартное устройство Wi-Fi 802.11.
Как был создан интерфейс «мозг-компьютер»
Имплантат BISC был изготовлен с использованием легкодоступных станков и инструментов, что обеспечило возможность крупномасштабного производства. В частности, в устройстве используется 0.13-мкм биполярная КМОП-ДМОП (BCD) технология компании TSMC. Такой подход позволил уменьшить размер и форм-фактор устройства за счет объединения нескольких полупроводниковых технологий в одном чипе для создания интегральных схем смешанных сигналов (ИС).
Эта стратегия выгодна, поскольку позволяет системе принимать прямую логику от КМОП-транзисторов и высоковольтные аналоговые функции. Кроме того, она позволяет устройству работать с более высокой эффективностью, используя DMOS-транзисторы.
Тест интерфейса мозг-компьютер
Команда разработала демонстрационное устройство и провела несколько испытаний для проверки своей теории. Для выполнения хирургических аспектов этапа тестирования команда сотрудничала с Янгерманом из Нью-Йоркской пресвитерианской больницы/Медицинского центра имени Ирвинга Колумбийского университета. Вместе они разработали безопасную и минимально инвазивную стратегию трансплантации, которая позволила им протестировать устройство в реальных хирургических условиях.
Процедура заключалась в создании крошечного разреза и введении устройства между мозгом и сводом черепа. Его гибкая и тонкая, как бумага, конструкция значительно упрощала процедуру по сравнению с традиционными методами. Кроме того, поскольку не было компонентов или проводов, проникающих в мозг, процедура была гораздо безопаснее.
Результаты теста интерфейса «мозг-компьютер»
Тесты продемонстрировали истинные возможности системы, поскольку она смогла получать высокоскоростные записи непосредственно из мозга. Она показала стабильную работу и не вызвала немедленной негативной реакции тканей, что означает, что она идеально подходит для использования в медицинских целях, где требуется длительная имплантация.
Преимущества интерфейса «мозг-компьютер» BISC
Проведите пальцем, чтобы прокрутить →
| Характеристика | Традиционные имплантируемые интерфейсы мозг-компьютер | Ультратонкий имплантат BISC |
|---|---|---|
| Фактор формы | Громоздкий электронный блок в черепе или грудной клетке с проводами, идущими к мозгу. | Одночиповый имплантат толщиной около 50 мкм (примерно 3 мм³) располагается между мозгом и черепом. |
| Количество электродов | От сотен до нескольких тысяч электродов | 65 536 электродов в высокоплотной матрице µECoG |
| Каналы записи | От десятков до сотен одновременно работающих каналов | До 1,024 каналов одновременной записи |
| Возможность стимуляции | Часто это ограниченные или отдельные аппаратные модули. | 16 384 канала стимуляции, интегрированных на одном чипе. |
| Беспроводной канал передачи данных | Низкая пропускная способность, часто проприетарные и громоздкие решения. | Сетевое соединение UWB со скоростью около 100 Мбит/с с носимым ретранслятором, который отображается как Wi-Fi. |
| Хирургическая инвазивность | Более крупное отверстие в черепе и больше металлических имплантатов в теле. | Тончайший, как бумага, чип был введен в субдуральное пространство через небольшой разрез. |
| Масштабируемость | Сборка по индивидуальному заказу; производство, масштабируемое по более сложной технологии. | Создано с использованием стандартных полупроводниковых технологий для крупносерийного производства. |
Реальные примеры применения интерфейса мозг-компьютер и хронология событий
Существует несколько областей применения для компьютеров с интерфейсом «мозг-компьютер». Это устройство поможет улучшить жизнь миллионов людей, страдающих от изнурительных неврологических заболеваний. Такие заболевания, как эпилепсия, паралич, судороги, потеря двигательных навыков, потеря речи и слепота, внезапно могут получить новые возможности лечения.
Эта технология также поможет тем, кто нуждается в протезах из-за потери конечностей. Система обеспечит бесперебойную связь и даже сможет использоваться для предоставления обратной связи пользователю в режиме реального времени, что сделает лечение гораздо более эффективным.
Лента
Этот продукт может появиться в медицинской сфере в течение следующих 5 лет. В отличие от своих предшественников, группа уже ускорила клинические испытания, проводя краткосрочные интраоперационные исследования на пациентах. Таким образом, можно ожидать новых сообщений о прорывах в этой области.
Исследователи интерфейса мозг-компьютер
Исследование BISC объединяет несколько аспектов из разных престижных учреждений. В частности, оно использует опыт Колумбийского университета в области микроэлектроники, Пенсильванского университета и нейробиологических программ Стэнфордского университета. Кроме того, оно задействует хирургические возможности Нью-Йоркской пресвитерианской больницы/Медицинского центра имени Ирвинга Колумбийского университета. Команда получила финансирование от гранта Национальных институтов здравоохранения и программы проектирования нейронных инженерных систем Агентства перспективных оборонных исследований (DARPA). Это финансирование позволило команде ускорить исследование и подтвердить результаты.
Будущее ультратонких интерфейсов «мозг-компьютер»
Перспективы этой технологии выглядят многообещающими. Инженеры уже выразили заинтересованность в дальнейшем повышении эффективности модели ИИ и проведении полноценных испытаний на людях. Кроме того, команда будет искать партнеров для финансирования проекта и заключения промышленных контрактов на производство устройства.
Интерфейс «мозг-компьютер» | Заключение
Исследование интерфейса «мозг-компьютер» открывает двери в научно-фантастическое будущее, где компьютерами будут управлять просто силой мысли. Сначала эти устройства появятся в медицинском применении. Однако вскоре вы сможете вести содержательный разговор со своим смартфоном, не шевеля губами.
Что вы думаете об этом устройстве интерфейса мозг-компьютер? Вы бы когда-нибудь его носили? Ставьте лайки, оставляйте комментарии и делитесь этой статьей, а также переходите по ссылкам. здесь узнать о других интересных компьютерных технологиях.
Инвестиции в разработку интерфейса «мозг-компьютер»
В секторе интерфейсов мозг-компьютер (BCI) работает множество компаний, которые видят будущее, где основную работу будет выполнять разум. Хотя стартапы, специализирующиеся исключительно на BCI, часто остаются частными, инвесторы могут обратиться к устоявшимся компаниям в сфере медицинских технологий, которые предоставляют критически важную хирургическую инфраструктуру, необходимую для имплантации этих устройств. Вот одна из таких компаний, которая обеспечивает сложные нейрохирургические операции, необходимые для создания интерфейсов мозг-компьютер следующего поколения.
Выводы для инвесторов
- BISC демонстрирует, что интерфейсы «мозг-компьютер» переходят от громоздких прототипов к масштабируемым полупроводниковым продуктам.
- Внедрение интерфейсов мозг-компьютер будет зависеть от данных о безопасности, разрешений регулирующих органов, возмещения затрат и клинически подтвержденных результатов, а не только от технических характеристик.
- Сегодня публичная известность носит косвенный характер, через нейрохирургию и медицинские технологии, такие как Integra Lifesciences, в то время как стартапы, специализирующиеся исключительно на интерфейсах мозг-компьютер, остаются частными.
- Долгосрочный потенциал интерфейсов мозг-компьютер уравновешивается этическими дебатами, проблемами конфиденциальности данных и неопределенными сроками их массового применения.
- Инвесторам следует рассматривать BCI как высокорискованную, долгосрочную инвестиционную стратегию, которая может дополнять, а не заменять основные активы в сфере здравоохранения и искусственного интеллекта.
Интегра Лайфсайенсиз
Компания Integra Lifesciences вышла на рынок в 1989 году. Ее основатель, Ричард Карузо, хотел расширить доступ к лечению неврологических заболеваний. Этот подход получил широкую поддержку благодаря сочетанию эффективных методов лечения и благоприятной реакции инвесторов. Примечательно, что Integra Lifesciences вышла на биржу в 1995 году.
(IART )
В 2007 году компания выпустила модернизированный программный модуль NeuroSight Arc для картирования головного мозга для своей системы OmniSight EXcel, используемой для планирования операций при болезни Паркинсона и других двигательных расстройствах. С тех пор фирма продолжила расширять свой портфель нейрохирургических продуктов. В 2017 году компания приобрела Codman Neurosurgery у Johnson & Johnson за 1.045 млрд долларов.
Этот шаг расширил сферу деятельности компании и позволил ей предлагать более совершенные продукты. Тем, кто хочет выйти на рынок медицинских технологий, следует подробнее изучить компанию Integra Lifesciences.
Последние новости и данные о динамике акций компании Integra Lifesciences (IART).
Референсы
1. Юнг Т., Зенг Н., Фаббри Дж. Д. и другие Беспроводной субдуральный интерфейс «мозг-компьютер», включающий 65 536 электродов и 1,024 канала. Нат Электрон (2025). https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
