8 دسامبر 2025، کایف شیخ -ایمپلنت BISC که در اینجا نشان داده شده است، تقریباً به ضخامت موی انسان است.مهندسی کلمبیا
یک پلتفرم جدید رابط مغز و کامپیوتر (BCI) که توسط محققان دانشگاه کلمبیا، بیمارستان نیویورک-پرسبیترین، دانشگاه استنفورد و دانشگاه پنسیلوانیا رونمایی شده است، نوید میدهد که امکانات درمان عصبی و تعامل انسان و کامپیوتر را به طرز چشمگیری گسترش دهد.
این سیستم که به عنوان سیستم رابط بیولوژیکی به قشر (BISC) شناخته میشود، بر اساس یک ایمپلنت تک تراشهای فوق نازک ساخته شده است که میتواند دادههای عصبی را به صورت بیسیم با سرعت بیسابقهای منتقل کند و در عین حال کسری از فضای مورد نیاز BCI های پزشکی فعلی را اشغال کند.
این دستگاه که در مجله Nature Electronics شرح داده شده است، برای پشتیبانی از کاربردهایی از مدیریت صرع گرفته تا بازیابی عملکرد حرکتی، گفتاری و بینایی در افراد مبتلا به فلج، ALS، سکته مغزی یا نابینایی طراحی شده است.
محققان میگویند هدف این کار، ارائه یک پیوند ارتباطی کمتهاجمی و با توان عملیاتی بالا به طور مستقیم به مغز و از آن است.
BCI های مرسوم به مجموعهای از قطعات میکروالکترونیکی، تقویتکنندهها، مبدلهای داده، ماژولهای رادیویی و مدارهای قدرت متکی هستند. این سیستمها معمولاً در یک محفظه بزرگ که در جمجمه یا جای دیگری از بدن کاشته میشود، نگهداری میشوند. BISC کل این مجموعه را با یک مدار مجتمع مکمل اکسید فلز-نیمهرسانا (CMOS) که تنها 50 میکرومتر نازک شده است، جایگزین میکند.
کن شپرد، یکی از نویسندگان ارشد و استاد مهندسی برق، مهندسی زیستپزشکی و علوم عصبی در دانشگاه کلمبیا، میگوید: “این تراشه انعطافپذیر با حجم کلی حدود 3 میلیمتر مکعب، مانند یک تکه دستمال کاغذی مرطوب روی سطح قشر مغز قرار میگیرد.” ایمپلنت میکروالکتروکورتیوگرافی (µECoG) شامل ۶۵۵۳۶ الکترود، ۱۰۲۴ کانال ضبط و ۱۶۳۸۴ کانال تحریک است.
تمام مراحل دریافت سیگنال، تبدیل دادهها، ارتباط بیسیم و مدیریت توان در یک قطعه سیلیکونی واحد انجام میشود. شپرد در یک بیانیه مطبوعاتی خاطرنشان میکند که «با ادغام همه چیز روی یک قطعه سیلیکونی، نشان دادهایم که چگونه رابطهای مغزی میتوانند کوچکتر، ایمنتر و به طرز چشمگیری قدرتمندتر شوند.»
این تراشه با یک «ایستگاه رله» پوشیدنی کوچک باتریدار ارتباط برقرار میکند که به صورت بیسیم به ایمپلنت نیرو میدهد و دادههای آن را با استفاده از یک لینک رادیویی فوقپهن سفارشی با توان ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه منتقل میکند. این بیش از ۱۰۰ برابر بیشتر از رابطهای مغز و رایانه بیسیم قابل مقایسه است. ایستگاه رله همچنین به عنوان یک دستگاه Wi-Fi عمل میکند و یک اتصال شبکهای یکپارچه بین مغز و هر کامپیوتر خارجی ایجاد میکند.
آندریاس اس. تولیاس، نویسنده ارشد، همکار مسئول و مدیر بنیانگذار پروژه انیگما در دانشگاه استنفورد، میگوید این پلتفرم «سطح قشر مغز را به یک پورتال مؤثر تبدیل میکند و ارتباط خواندن-نوشتن با پهنای باند بالا و حداقل تهاجم را با هوش مصنوعی و دستگاههای خارجی ارائه میدهد.» او میافزاید که مقیاسپذیری آن میتواند پروتزهای عصبی تطبیقی و رابطهای مغز-هوش مصنوعی را برای اختلالات عصبی و عصبی-روانی امکانپذیر کند.
ارزیابیهای اولیه جراحی نشان میدهد که این دستگاه را میتوان از طریق یک برش جمجمه حداقل تهاجمی وارد کرد و بدون نفوذ به بافت یا نیاز به سیمهایی که ایمپلنت را به استخوان متصل میکنند، روی سطح مغز قرار داد.
برت یانگرمن، جراح مغز و اعصاب کلمبیایی و یکی از رهبران بالینی این پروژه، میگوید که این رویکرد واکنشپذیری بافت را به حداقل میرساند و کیفیت سیگنال بلندمدت را بهبود میبخشد. او میگوید: «این دستگاه با وضوح بالا و توان عملیاتی بالا، پتانسیل ایجاد انقلابی در مدیریت بیماریهای عصبی از صرع تا فلج را دارد.»
یانگرمن، شپرد و کاترین شوون، متخصص مغز و اعصاب صرع، بودجه NIH را برای بررسی BISC برای صرع مقاوم به دارو دریافت کردهاند. به گفته یانگرمن، «کلید دستگاههای رابط مغز و کامپیوتر مؤثر، به حداکثر رساندن جریان اطلاعات به مغز و از آن است، در حالی که دستگاه تا حد امکان کم تهاجمی باشد. BISC از هر دو جهت از فناوریهای قبلی پیشی میگیرد.»
مطالعات پیشبالینی در قشر حرکتی و بینایی با همکاری تولیاس از استنفورد و بیژن پسران از دانشگاه پنسیلوانیا انجام شد. پسران «کوچکسازی شدید» BISC را پایهای هیجانانگیز برای فناوریهای قابل کاشت در آینده نامید که ممکن است با استفاده از روشهایی مانند نور یا صدا با مغز نیز ارتباط برقرار کنند.
برای آوردن این فناوری به فراتر از آزمایشگاه، تیمهای کلمبیا و استنفورد، Kampto Neurotech را راهاندازی کردهاند، یک شرکت فرعی که نسخههای تجاری تراشه را برای استفاده تحقیقاتی و تلاش برای ترجمه بالینی توسعه میدهد. نانیو زنگ، مهندس ارشد پروژه و بنیانگذار شرکت، میگوید BISC نشان دهنده «یک روش اساساً متفاوت برای» است.
ساخت دستگاههای BCI با قابلیتهایی که از سیستمهای رقیب «به مراتب برتر» هستند.
این پروژه توسط برنامه طراحی سیستمهای مهندسی عصبی DARPA پشتیبانی شد که پیشرفتها در میکروالکترونیک، علوم اعصاب محاسباتی و تکنیکهای جراحی مغز و اعصاب را با هم ترکیب میکند. شپرد میگوید هدف گستردهتر، آماده شدن برای آیندهای است که در آن «مغز و سیستمهای هوش مصنوعی میتوانند به طور یکپارچه با هم تعامل داشته باشند – نه فقط برای تحقیق، بلکه برای منفعت انسان»، که نحوه درمان اختلالات عصبی و نحوه تعامل انسانها با ماشینها را تغییر میدهد.
