Jens Asbjørn Bøgen
Es soll in der Lage sein, Gehirnsignale zu dekodieren und theoretisch Gedanken in Echtzeit zu übertragen.
Ein papierdünnes Gehirnimplantat, das von einem Team mehrerer Universitäten entwickelt wurde, wird als ein großer Schritt hin zu schnelleren und weniger invasiven Schnittstellen zwischen der menschlichen Großhirnrinde und externen Computern angesehen.
Frühe Ergebnisse deuten darauf hin, dass es künftige Behandlungen für Epilepsie, Lähmungen, Schlaganfälle und sensorische Ausfälle unterstützen könnte und Forschenden zugleich einen bislang unerreichten Zugang zur neuronalen Aktivität bietet.
Die Forschenden sagen, dass das Gerät, genannt Biological Interface System to Cortex (BISC), eine drahtlose Hochgeschwindigkeitsverbindung schafft, die letztlich die Art und Weise verändern könnte, wie medizinische Teams Gehirnsignale überwachen und dekodieren.
Ein neuer Ansatz
Laut einer in Nature Electronics veröffentlichten Studie basiert BISC auf einem einzigen Siliziumchip und einer begleitenden Relais-Einheit, die außerhalb des Schädels getragen wird.
Der Columbia-Ingenieur Ken Shepard erklärte in einem Beitrag auf der Website der Universität, dass bestehende Implantate auf sperrige elektronische Module angewiesen seien, während das neue Gerät „ein einzelner integrierter Schaltkreis ist, der so dünn ist, dass er in den Raum zwischen Gehirn und Schädel gleiten kann“.
Der Stanford-Neurowissenschaftler Andreas S. Tolias, der das Projekt mit leitete, sagte, das System „verwandle die kortikale Oberfläche in ein effektives Portal“ und ermögliche eine minimalinvasive Lese- und Schreibkommunikation mit KI-Werkzeugen und externen Geräten.
Der Columbia-Neurochirurg Brett Youngerman, ein klinischer Partner des Projekts, sagte, die Plattform „habe das Potenzial, das Management neurologischer Erkrankungen von Epilepsie bis hin zu Lähmungen zu revolutionieren“.
Hochgeschwindigkeitsdesign
Das Implantat misst nur wenige Kubikmillimeter und passt sich der Oberfläche des Gehirns an. Es enthält mehr als 65.000 Elektroden sowie Tausende von Aufnahme- und Stimulationskanälen auf einem einzigen Chip aus komplementärem Metalloxid-Halbleiter.
Eine batteriebetriebene Relaisstation versorgt das Implantat drahtlos mit Energie und überträgt Daten über eine Ultra-Breitbandverbindung mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 Megabit pro Sekunde. Das Relais kommuniziert anschließend über standardmäßiges WLAN und bildet so eine effektive Brücke zwischen dem Gehirn und jedem vernetzten Computer.
Shepard sagte, die Integrationsstrategie des Teams zeige, wie Gehirnschnittstellen „kleiner, sicherer und deutlich leistungsfähiger werden können“.
Auf dem Weg zu Patientinnen und Patienten
Chirurginnen und Chirurgen der Columbia University verfeinerten die Implantationstechniken in präklinischen Modellen, indem sie das Gerät durch eine kleine Öffnung im Schädel einführten und es direkt über dem Kortex platzierten.
Frühe intraoperative Tests am Menschen haben bereits begonnen, und Mitarbeitende an der Stanford University sowie der University of Pennsylvania nutzen das Gerät, um motorische und visuelle Verarbeitung zu erforschen.
Das Projekt entstand im Rahmen eines DARPA-Programms, das sich auf die nächste Generation der neuronalen Technik konzentriert. Ein Spin-off, Kampto Neurotech, entwickelt nun kommerzielle Versionen für die Forschung und plant Schritte in Richtung klinischer Anwendung. Ingenieur Nanyu Zeng sagte, BISC biete „Fähigkeiten, die die konkurrierender Geräte um viele Größenordnungen übertreffen“.
Mit Blick nach vorn sagte Shepard, dass eine nahtlose Interaktion zwischen KI-Systemen und dem menschlichen Gehirn „verändern könnte, wie wir Gehirnerkrankungen behandeln, wie wir mit Maschinen interagieren und letztlich, wie Menschen mit KI umgehen“.
Sehen Sie hier ein erklärendes Video zu BRISC.
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Quellen: Columbia University, Stanford University, University of Pennsylvania, NewYork-Presbyterian