Implan yang Integrasikan Otak dan AI Siap Ubah Pengobatan Neurologis

“Kunci dari perangkat antarmuka otak-komputer yang efektif adalah memaksimalkan aliran informasi ke dan dari otak, sambil membuat perangkat seminimal mungkin invasif dalam implantasi bedahnya. BISC melampaui teknologi sebelumnya di kedua bidang tersebut,” lanjut Dr. Youngerman.

“Teknologi semikonduktor telah memungkinkan hal ini, memungkinkan daya komputasi komputer seukuran ruangan kini muat di saku Anda,” kata Shepard. “Sekarang kami melakukan hal yang sama untuk implan medis, memungkinkan elektronik kompleks untuk ada di dalam tubuh tanpa memakan banyak ruang,” paparnya.

BCI bekerja dengan menghubungkan ke sinyal listrik kecil yang digunakan neuron untuk berkomunikasi. Pada perangkat medis saat ini, ini biasanya melibatkan perakitan banyak bagian mikroelektronik terpisah, seperti amplifier, konverter data, pemancar radio, dan sirkuit manajemen daya.

Karena semua perangkat keras ini harus ditempatkan di suatu tempat, dokter sering menanamkan wadah elektronik yang relatif besar, baik dengan membuang sebagian tengkorak atau dengan menempatkannya di tempat lain di tubuh, seperti dada, dan kemudian mengarahkan kabel ke otak.

BISC Kecilkan Implan Otak

BISC mengambil pendekatan yang berbeda. Seluruh implan adalah satu chip sirkuit terpadu semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS), yang ditipiskan hingga hanya 50 μm dan menempati kurang dari 1/1000 volume perangkat tipikal.

Dengan total volume sekitar 3 mm³, chip fleksibel ini dapat melengkung untuk menyesuaikan permukaan otak. Perangkat mikro-elektrokortikografi (µECoG) mencakup 65.536 elektroda, 1.024 saluran perekaman simultan, dan 16.384 saluran stimulasi. Karena dibangun menggunakan jenis proses manufaktur skala besar yang sama seperti yang digunakan dalam industri semikonduktor, implan ini dapat diproduksi dalam jumlah besar.

Di dalam chip tunggal ini terdapat semua elektronik yang dibutuhkan untuk antarmuka: transceiver radio, sirkuit daya nirkabel, logika kontrol digital, manajemen daya, konverter data, dan komponen analog yang diperlukan untuk perekaman dan stimulasi.

Stasiun relai eksternal bertenaga baterai memberi daya pada implan dan bertukar data dengannya melalui tautan radio ultrawideband khusus yang mencapai bandwidth data 100 Mbps setidaknya 100 kali lebih tinggi throughput daripada BCI nirkabel lain yang tersedia saat ini. Stasiun relai itu sendiri tampak bagi dunia luar sebagai perangkat WiFi 802.11, yang secara efektif bertindak sebagai jembatan antara komputer mana pun dan otak.

BISC juga memperkenalkan set instruksi sendiri dan tumpukan perangkat lunak yang substansial, yang bersama-sama membentuk arsitektur komputasi khusus untuk BCI. Dalam eksperimen yang dilaporkan, sistem bandwidth tinggi ini memungkinkan untuk mengirimkan pola aktivitas otak yang kaya ke dalam alat pembelajaran mesin dan pembelajaran mendalam tingkat lanjut yang dapat menguraikan niat, persepsi, dan keadaan internal yang kompleks.

“Dengan mengintegrasikan semuanya pada satu keping silikon, kami telah menunjukkan bagaimana antarmuka otak dapat menjadi lebih kecil, lebih aman, dan jauh lebih kuat,” kata Shepard.

Pengujian Awal

Untuk memajukan teknologi ini menuju penggunaan klinis, tim Shepard bekerja sama erat dengan Youngerman dan rekan-rekannya di NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Mereka mengembangkan dan menyempurnakan teknik bedah untuk menempatkan chip setipis kertas dengan aman dalam model praklinis.