研究者らが紙のように薄い脳インプラント「BISC」を開発し、脳とコンピューター間の高帯域無線リンクを実現。このシングルチップデバイスは、脳と頭蓋骨の狭い隙間に滑り込ませることができ、てんかん、麻痺、失明などの治療に新たな可能性を開き、運動、知覚、意図を解読する先進AIモデルをサポートする。
コロンビア大学、ニューヨーク・プレスビテリアン病院、スタンフォード大学、ペンシルベニア大学の共同研究により、Biological Interface System to Cortex (BISC)と呼ばれる超薄型脳コンピューターインターフェースが生まれた。これはコロンビア・エンジニアリングが記述し、ScienceDailyが報じたものである。12月8日にNature Electronics誌に掲載された研究で詳細が明らかになったシステムは、最小侵襲インプラント、ウェアラブルリレー局、サポートソフトウェア環境を含む。
BISCのインプラントは、50マイクロメートルに薄くした単一の相補型金属酸化物半導体（CMOS）集積回路を中心に構築されており、標準インプラントの1/1000以下の体積を占め、総体積は約3立方ミリメートルである。コロンビア大学によると、このマイクロ・エレクトロコルチコグラフィデバイスは65,536個の電極、1,024の同時記録チャネル、16,384の刺激チャネルを備え、脳表面に沿って曲がるほど柔軟だ。
多くの既存の医療グレード脳コンピューターインターフェース（BCI）が、複数の電子部品を収容し脳へワイヤーを伸ばす大型インプラント缶に依存するのに対し、BISCはすべての必要要素を単一チップに直接統合する。インプラントには、無線トランシーバー、無線電源回路、デジタル制御エレクトロニクス、電源管理、データコンバータ、記録と刺激に必要なアナログ部品が含まれる。
「我々のインプラントは単一集積回路チップで、脳と頭蓋骨の隙間に滑り込み、濡れたティッシュペーパーのように脳の上に置けるほど薄い」と、コロンビア大学のラウ・ファミリー電気工学教授でエンジニアリング作業を主導した筆頭著者のケン・シェパード氏は語った。
ユーザーが着用する外部バッテリー駆動リレー局は、インプラントに電源を供給し、カスタム超広帯域無線リンクで約100メガビット毎秒のデータスループットを実現して通信する。コロンビアのチームによると、これは現在利用可能な他の無線BCIのスループットより少なくとも100倍高い。リレー局は外部的に802.11 Wi-Fiデバイスとして現れ、インプラントを標準コンピューターに橋渡しする。
チップはTSMCの0.13マイクロメートルBipolar-CMOS-DMOS（BCD）技術で製造され、デジタルロジック、高電圧・高電流アナログ機能、電源デバイスを同一ダイに統合する—研究者らはこれがBISCのコンパクトな混合信号設計に不可欠だと述べている。
BISCは独自の命令セットとソフトウェアスタックを導入し、脳インターフェース専用のコンピューティング環境を形成する。研究で示された高帯域記録は、意図、知覚体験、内部脳状態に関連する複雑な脳活動を解釈する先進的な機械学習・深層学習アルゴリズムの使用を可能にする。
「この高解像度・高データスループットデバイスは、てんかんから麻痺までの神経疾患管理を革命化する可能性がある」と、コロンビア大学の神経外科助教授でNewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Centerの神経外科医、プロジェクトの主臨床協力者のブレット・ヤングーマン博士は述べた。ヤングーマン氏と同僚らは最近、耐性てんかんのBISC使用を探るために国立衛生研究所助成金を獲得した。
スタンフォードのバイヤーズ眼研究所のアンドレアス・S・トリオス氏とペンシルベニア大学のビジャン・ペサラン氏との広範な前臨床研究で、運動野と視覚野でインプラントが安定した高品質記録を提供することが示された。人間患者での短期術中研究はすでに開始されており、外科医が頭蓋骨の小さな開口部から紙薄のデバイスを挿入し、硬膜下腔の脳表面に滑らせる。
「BISCは皮質表面を効果的なポータルに変え、高帯域・最小侵襲の読み書き通信をAIや外部デバイスに提供する」と、大量ニューラル記録（BISCで収集を含む）を使ったAIシステム訓練に長年取り組むトリオス氏は語った。
コロンビア・エンジニアリングによると、BISCプラットフォームはDefense Advanced Research Projects AgencyのNeural Engineering System Designプログラムの下で開発され、コロンビアのマイクロエレクトロニクス専門性、スタンフォードとペンシルベニアの神経科学プログラム、NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Centerの外科能力を活用している。
技術をより広範な研究と最終的な臨床使用へ進めるため、コロンビアとスタンフォードのチームメンバーがKampto Neurotechを共同設立。コロンビア電気工学卒業生でプロジェクトエンジニアの南宇曾（Nanyu Zeng）が率いるこのスタートアップは、研究用チップ版を生産し、人間患者使用に向けたシステム準備のための追加資金調達に取り組んでいる。
超高解像度完全無線ニューラル記録を洗練されたデコードアルゴリズムと組み合わせることで、研究者らはBISCが神経障害治療を強化し、将来的に脳とAI駆動デバイス間のよりシームレスな相互作用を可能にする小型・安全・強力なニューラルインターフェースへの道を提供すると主張する.
