Met een ultradun hersenimplantaat hebben onderzoekers een draadloze verbinding mogelijk gemaakt met hoge bandbreedte tussen de hersens en computers. Het chipje bevat tienduizenden elektroden en ondersteunt geavanceerde ki-modellen voor het ontcijferen van beweging, waarneming en intentie. Eerste klinische onderzoeken tonen aan dat het via een kleine opening in de schedel kan worden ingebracht en stabiel blijft terwijl het gedetailleerde hersenactiviteit vastlegt. De technologie zou de behandeling van epilepsie, verlamming en blindheid kunnen veranderen, denken de onderzoekers, maar zeker ook minder eerbare toepassingen mogelijk maken.
Het implantaat zou de manier waarop mensen met computers omgaan aanzienlijk kunnen veranderen en tegelijkertijd nieuwe behandelingsmogelijkheden bieden voor aandoeningen zoals epilepsie, ruggenmergletsel, ALS, beroerte en blindheid. Door een minimaal invasieve, snelle communicatieverbinding met de hersenen te creëren, zou het de potentie hebben om epileptische aanvallen onder controle te houden en motorische, spraak- en visuele vaardigheden te herstellen, stellen de onderzoekers.
De belofte van deze technologie schuilt in het extreem kleine formaat in combinatie met het vermogen om gegevens met zeer hoge snelheden te verzenden. De chip maakt een snelle verbinding mogelijk tussen de hersens en externe computers.
“De meeste implanteerbare systemen zijn gebouwd rond een behuizing vol elektronica die enorme hoeveelheden ruimte in het lichaam inneemt”, zegt medehoofdauteur Ken Shepard van de Columbia-universiteit. “Ons implantaat is een enkele geïntegreerde schakeling die zo dun is dat hij in de ruimte tussen de hersenen en de schedel kan worden geschoven en op de hersenen rust als een stukje nat vloeipapier.”
“BISC (de flinterdunne chip; as) transformeert het corticale oppervlak in een effectief portaal, dat zorgt voor snelle, minimaal invasieve lees- en schrijfcommunicatie met ki en externe apparaten”, aldus medeonderzoeker Andreas Tolias. “De schaalbaarheid op één chip maakt de weg vrij voor adaptieve neuroprotheses en hersen/ki-communicatie voor de behandeling van diverse neuropsychiatrische aandoeningen, zoals epilepsie.”
Hersen/computercommunicatie werkt door verbinding te maken met de elektrische signalen die neuronen gebruiken om te communiceren. De huidige medische systemen maken doorgaans gebruik van verschillende afzonderlijke micro-elektronische componenten, zoals versterkers, gegevenomzetters en radiozenders. Deze onderdelen moeten worden opgeslagen in een relatief grote implanteerbare behuizing, die wordt geplaatst door een deel van de schedel te verwijderen of in een ander deel van het lichaam, zoals de borstkas, met draden die naar de hersenen lopen.

BISC is anders gebouwd Het hele systeem bevindt zich op één enkele CMOS-chip die is verkleind tot 50 μm en minder dan 1/1000e van het volume van een standaardimplantaat inneemt. Met een totale afmeting van ongeveer 3 mm³ kan de flexibele chip zich aanpassen aan de vorm van het hersenoppervlak.

De chip

De chip integreert een radiozendontvanger, een draadloos voedingscircuit, digitale besturingselektronica, energiebeheer, data-omzetters en de analoge componenten die nodig zijn voor zowel opname als stimulatie. Het externe relaisstation verzorgt de stroomvoorziening en datacommunicatie met een doorvoersnelheid van 100 Mbps, minstens 100 keer hoger dan die van elke andere draadloze hersen/computerverbinding die momenteel beschikbaar is, stellen de onderzoekers.

Bron: Science Daily