Piisiru aivojen kaveriksi

Yhdeksi siruksi valmistettu uusi implantti on suuruusluokkaa nopeampi ja pienempi kuin nykyaikaiset huippuluokan aivo-tietokone-rajapinnat, mikä tarjoaa mahdollisuuden useiden neurologisten sairauksien tehokkaampaan hoitoon.

Uusi aivoimplantti mullistaa ihmisen ja tietokoneen vuorovaikutuksen ja laajentaa neurologisten sairauksien, kuten epilepsian, selkäydinvamman, ALS:n, aivohalvauksen ja sokeuden, hoitomahdollisuuksia – auttaen kohtausten hallinnassa ja palauttamaan motorisia toimintoja, puhetta ja näkökykyä. Tämä saavutetaan tarjoamalla minimaalisesti invasiivinen, suuren läpimenon tiedonsiirtoyhteys suoraan aivoihin ja aivoista.

Tämän uuden järjestelmän mullistava potentiaali piilee sen pienessä koossa ja kyvyssä siirtää dataa suurilla nopeuksilla.

Columbian yliopiston, NewYork-Presbyterian Hospitalin, Stanfordin ja Pennsylvanian yliopiston tutkijoiden kehittämä aivo-tietokone-rajapinta (BCI) perustuu yhteen piisiruun muodostaakseen langattoman, suuren kaistanleveyden yhteyden aivojen ja minkä tahansa ulkoisen tietokoneen välille. Alustaa kutsutaan nimellä Biological Interface System to Cortex (BISC).

"Useimmat implantoitavat järjestelmät on rakennettu elektroniikkakotelon ympärille, joka vie valtavan määrän tilaa kehon sisällä", sanoo sähkötekniikan professori Ken Shepard. "Implantimme on yksittäinen integroitu piirisiru, joka on niin ohut, että se voi liukua aivojen ja kallon väliseen tilaan ja olla aivojen päällä kuin pala märkää pehmopaperia."

Uusi BISC istuke on yksi CMOS-piiri, joka on ohennettu vain 50 μm:n paksuiseksi. Kokonaistilavuudellaan noin 3 mm³ joustava siru mukautuu aivojen pintaan. Siihen on integroitu 65 536 elektrodia, 1 024 samanaikaista tallennuskanavaa ja 16 384 stimulaatiokanavaa. Se sisältää myös radiolähetin-vastaanottimen, langattoman virransyöttöpiirin, digitaalisen ohjauksen, virranhallintajärjestelmän, datamuunnoksen ja analogiset piirit, joita tarvitaan tallennus- ja stimulaatioliitäntöjen tukemiseen.

Paristokäyttöinen välitysasema toimittaa virran implantille ja kommunikoi sen kanssa siirtäen dataa radiolinkin kautta, joka saavuttaa 100 Mbps:n datakaistanleveyden. Välitysasema on itsessään 802.11 WiFi -laite, joka muodostaa langattoman verkkoyhteyden mistä tahansa tietokoneesta aivoihin.

BISC:llä on oma käskykantansa, jota tukee laaja ohjelmistopino, jotka yhdessä muodostavat aivojen kognitiivisille vuorovaikutuksille suunnitellun laskenta-arkkitehtuurin.

BISC-implantti valmistettiin TSMC:n monipuolisella 0,13 μm:n bipolaari-CMOS-DMOS (BCD) -tekniikalla. Tämä valmistusprosessi yhdistää kolme tekniikkaa yhdelle sirulle sekasignaali-integroitujen piirien (IC) luomiseksi. Tämä integrointi mahdollistaa digitaalisen logiikan (CMOS), suurvirta- ja suurjänniteanalogisten toimintojen (bipolaari- ja DMOS-transistoreista) sekä teholaitteiden (DMOS) tehokkaan yhdistämisen, jotka kaikki ovat olennaisia BISC:lle.

Aiheesta aiemmin:

Aivoissa valmistuvat elektrodit

Aivomme hyödyntävät kvanttilaskentaa

Kvanttimateriaali aivojen kaveriksi