종이만큼 얇은 새로운 뇌-컴퓨터 인터페이스 임플란트 장치는 인간-컴퓨터 상호작용의 미래를 위한 핵심 연결고리로 연구팀에 의해 간주되고 있습니다. BISC(생체피질 인터페이스 시스템)라고 합니다. 전체 시스템은 초박형, 초소형 단일 칩을 중심으로 돌아가지만 두개골 공간을 크게 침범하지 않고도 뇌와 외부 컴퓨터, 심지어 인공지능 시스템 사이에 고속 양방향 데이터 채널을 구축할 수 있다.
연구팀은 이 기술이 간질, 척수손상, ALS, 뇌졸중, 실명 등 다양한 신경계 질환의 진단과 치료에 변화를 가져올 것으로 기대하고 있으며, 인간과 인공지능 간의 보다 직접적인 협력을 위한 인프라가 될 수도 있다고 믿고 있다.
기존의 "캔형" 전자 두뇌-컴퓨터 인터페이스와 달리 BISC는 증폭기, 데이터 변환, 무선 주파수 트랜시버 및 전원 관리와 같은 모든 주요 회로를 얇은 CMOS 칩에 압축합니다. 두께는 약 50 마이크론이고 전체 부피는 약 3 입방 밀리미터에 불과합니다. 물티슈처럼 두개골과 뇌 표면 사이의 작은 공간으로 미끄러져 들어가 뇌 표면의 곡률에 맞춰질 수 있습니다. 65,000개 이상의 전극이 칩에 통합되어 1,024개의 동시 기록 채널과 16,000개 이상의 자극 채널을 제공합니다. 그런 다음 맞춤형 초광대역 무선 링크를 통해 두개골 밖으로 최대 100Mbps의 데이터를 전송합니다. 이 무선 처리량은 "기존 무선 뇌-컴퓨터 시스템보다 최소 2배 더 높다"고 합니다.
시스템 아키텍처 측면에서 BISC는 뇌와 직접 접촉을 담당하는 단일 칩 임플란트, 신체 표면에 착용되는 "중계 스테이션", 전용 소프트웨어 및 명령 세트 세트의 세 부분으로 구성됩니다. 이식된 칩은 무선 전력 링크를 통해 중계국에서 전력을 공급받는 동시에 초광대역 무선 주파수를 통해 대규모 신경 데이터의 고속 전송을 완료합니다. 중계 스테이션은 외부 네트워크에서 일반 Wi-Fi 장치로 나타나므로 모든 컴퓨터가 라우터와 같은 "브레인 인터페이스"에 액세스할 수 있습니다. 연구진은 이 플랫폼에서 수집한 대규모 신경 데이터를 기반으로 의도, 인식 및 내부 상태를 디코딩하기 위한 머신러닝 및 딥러닝 모델을 훈련하고 테스트하여 "뇌를 읽고 쓰기" 위한 고대역폭 인터페이스의 중요성을 확인했습니다.
임상 경로에서 컬럼비아 대학과 뉴욕-장로교 병원의 신경외과 및 간질 팀은 동물 모델의 이식 수술을 연구하고 뇌 표면의 신경 신호를 장기적이고 안정적으로 기록하는 칩의 타당성을 검증했습니다. 현재 인간 대상에 대한 초기 연구가 주로 수술 중 단기 기록에 중점을 두고 진행되고 있습니다. 의사들은 BISC가 작은 절개를 통해 칩을 경막하 공간으로 전달할 수 있고 뇌 조직을 관통하거나 임플란트를 두개골에 고정하기 위해 와이어를 사용할 필요가 없기 때문에 이론적으로 조직 반응과 장기적인 신호 감쇠의 위험을 줄일 수 있다고 강조했습니다. 이 프로젝트는 또한 펜실베이니아 대학과 같은 팀과 협력하여 운동 피질과 시각 피질에 대한 광범위한 수술 전 실험을 수행했습니다. 일부 연구자들은 빛, 소리 등을 통합하는 미래의 다중 모드 신경 인터페이스 플랫폼으로서의 잠재력에 대해 낙관하고 있습니다.
실제 응용 분야에 대한 기술을 홍보하기 위해 컬럼비아 대학교와 스탠포드 대학교의 연구원들은 스핀오프 회사인 Kampto Neurotech를 공동 설립했습니다. 프로젝트의 핵심 엔지니어 중 한 명이 이끄는 이 회사는 전임상 연구를 위한 상용 버전을 개발하고 있으며 인간에 대한 장기적인 적용을 촉진하기 위한 자원을 찾고 있습니다. 팀은 BISC가 성숙한 반도체 프로세스의 "대규모 제조" 이점을 기반으로 확장성 및 성능 지표 측면에서 현재의 유사한 이식 가능 장치를 훨씬 능가하고 미래의 뇌-AI 융합 시스템을 위한 지속 가능한 반복 플랫폼을 제공한다고 믿습니다. 인공 지능과 신경 공학의 교차점이 빠르게 발전함에 따라 연구자들은 이러한 유형의 초고해상도, 완전 무선, 프로그래밍 가능한 뇌-컴퓨터 인터페이스가 신경 질환 치료를 재편할 뿐만 아니라 인간과 기계의 상호 작용, 심지어 인공 지능과의 공존의 기본 모델을 바꿀 수도 있을 것으로 기대합니다.
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