Bron: Science Daily | Methode: Herschreven
Origineel: “Scientists reveal a tiny brain chip that streams thoughts in real time”
BISC is an ultra-thin neural implant that creates a high-bandwidth wireless link between the brain and computers. Its tiny single-chip design packs tens of thousands of electrodes and supports advanced AI models for decoding movement, perception, and intent. Initial clinical…
Wetenschappers van Columbia University hebben een baanbrekende doorbraak gerealiseerd in de wereld van hersenimplantaten. Ze ontwikkelden BISC (Biological Interface System to Cortex), een revolutionair apparaatje dat niet dikker is dan een menselijke haar en gedachten in realtime kan doorsturen naar computers.
Het implantaat, dat werd voorgesteld in een studie gepubliceerd op 8 december in Nature Electronics, zou de behandeling van aandoeningen zoals epilepsie, dwarslaesie, ALS, beroerte en blindheid kunnen transformeren. Door een minimaal invasieve, hoogwaardige communicatieweg naar de hersenen te creëren, kan het systeem helpen bij aanvalscontrole en het herstellen van motorische, spraak- en visuele vaardigheden.
**Miniaturisatie als gamechanger**
“De meeste implanteerbare systemen zijn gebouwd rond een bus met elektronica die enorme hoeveelheden ruimte inneemt in het lichaam”, verklaart professor Ken Shepard van Columbia University, die het technische werk leidde. “Ons implantaat is een enkele geïntegreerde circuit-chip die zo dun is dat hij kan glijden in de ruimte tussen de hersenen en de schedel, rustend op de hersenen als een stuk nat tissuepapier.”
Deze miniaturisatie vormt het hart van de innovatie. Waar traditionele hersenimplantaten afhankelijk zijn van meerdere afzonderlijke componenten die opgeslagen worden in relatief grote geïmplanteerde bussen, integreert BISC alles op één enkele siliciumchip.
Het apparaat werd ontwikkeld door een samenwerking tussen Columbia University, NewYork-Presbyterian Hospital, Stanford University en de University of Pennsylvania. De chip is slechts 50 micrometer dik en beslaat minder dan 1/1000ste van het volume van een standaard implantaat, met een totale grootte van ongeveer 3 kubieke millimeter.
**Technische prestaties**
De flexibele chip kan buigen om het oppervlak van de hersenen te volgen en bevat maar liefst 65.536 elektrodes, 1.024 opnamekanalen en 16.384 stimulatiekanalen. Dit micro-electrocorticography (µECoG) apparaat integreert een radiotransceiver, draadloze stroomcircuits, digitale besturingselektronica, energiebeheer, dataconverters en de analoge componenten die nodig zijn voor zowel opname als stimulatie.
Professor Andreas Tolias van Stanford University, die meehielp aan de ontwikkeling, legt uit: “BISC transformeert het cortexoppervlak in een effectieve poort, die hoogwaardige, minimaal invasieve lees-schrijfcommunicatie levert met AI en externe apparaten.”
Het externe relaisstation zorgt voor vermogen en datacommunicatie via een aangepaste ultrabreedbandradioverbinding die 100 Mbps bereikt – een doorvoer die minstens 100 keer hoger ligt dan enig ander draadloos hersenimplantaat dat momenteel beschikbaar is.
**Klinische toepassingen in zicht**
Dr. Brett Youngerman, neurochirurg bij NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center en hoofdclinicus van het project, benadrukt de medische impact: “Dit hoogresolutie apparaat met hoge datadoorvoer heeft het potentieel om het beheer van neurologische aandoeningen van epilepsie tot verlamming te revolutioneren.”
Youngerman, Shepard en epilepsieneuroloog Dr. Catherine Schevon hebben onlangs een subsidie van de National Institutes of Health gekregen om BISC te gebruiken bij de behandeling van medicatieresistente epilepsie.
De eerste klinische studies bij menselijke patiënten zijn al aan de gang. “Deze eerste studies geven ons waardevolle gegevens over hoe het apparaat presteert in een echte chirurgische omgeving”, aldus Youngerman. “De implantaten kunnen worden ingebracht via een minimaal invasieve incisie in de schedel en direct op het hersenoppervlak in de subdurale ruimte worden geschoven.”
**Van laboratorium naar commerciële toepassing**
Om de technologie dichter bij praktisch gebruik te brengen, richtten onderzoekers van Columbia en Stanford Kampto Neurotech op, een startup opgericht door Dr. Nanyu Zeng, een van de hoofdingenieurs van het project. Het bedrijf produceert onderzoeksklare versies van de chip en werkt aan het verkrijgen van financiering om het systeem voor te bereiden op gebruik bij menselijke patiënten.
“Dit is een fundamenteel andere manier van bouwen van BCI-apparaten”, stelt Zeng. “Op deze manier heeft BISC technologische capaciteiten die die van concurrerende apparaten met vele orden van grootte overtreffen.”
De hoogwaardige opname die in deze studie werd gedemonstreerd, maakt het mogelijk dat hersensignalen worden verwerkt door geavanceerde machine learning- en deep learning-algoritmen, die complexe intenties, perceptuele ervaringen en hersentoestanden kunnen interpreteren.
**Toekomstperspectief**
Naarmate kunstmatige intelligentie blijft vooruitgaan, winnen hersenimplantaten aan momentum, zowel voor het herstellen van verloren vaardigheden bij mensen met neurologische aandoeningen als voor potentiële toekomstige toepassingen die normale functies verbeteren via directe hersenen-naar-computer communicatie.
“Door het combineren van ultra-hoogresolutie neurale opname met volledig draadloze werking, en dat koppelen aan geavanceerde decodeer- en stimulatie-algoritmen, bewegen we naar een toekomst waarin hersenen en AI-systemen naadloos kunnen interageren – niet alleen voor onderzoek, maar voor menselijk welzijn”, concludeert Shepard. “Dit zou kunnen veranderen hoe we hersenaandoeningen behandelen, hoe we communiceren met machines, en uiteindelijk hoe mensen omgaan met AI.”
De ontwikkeling van BISC markeert een belangrijke mijlpaal in de evolutie van hersentechnologie, waarbij de grenzen tussen mens en machine verder vervagen en nieuwe therapeutische mogelijkheden ontstaan voor miljoenen patiënten wereldwijd.