Ett hjärnchip tunt som papper – forskare öppnar direktkanal mellan hjärnan och AI
25.12.16 - Ett nytt minimalt invasivt implantat kan förändra behandlingen av epilepsi, förlamning och synskador – och hur människor samspelar med datorer
Amerikanska forskare har utvecklat ett hjärnimplantat så tunt att det kan glida in mellan hjärnan och skallbenet – och samtidigt strömma hjärnaktivitet trådlöst i realtid. Tekniken, som beskrivs i en ny studie i Nature Electronics, kan bli ett avgörande steg mot nästa generation av hjärn–dator-gränssnitt (BCI), med potential att återställa förlorade funktioner hos personer med epilepsi, ryggmärgsskador, ALS, stroke och blindhet.
Systemet kallas Biological Interface System to Cortex – BISC – och bygger på ett enda extremt avancerat kiselchip.
En ny sorts hjärnimplantat
Till skillnad från dagens kliniska hjärnimplantat, som ofta kräver relativt stora kapslar med elektronik inopererade i kroppen och kablar dragna till hjärnan, är BISC uppbyggt kring en enda integrerad krets. Chipet är bara cirka 50 mikrometer tjockt – tunnare än ett hårstrå – och vilar direkt på hjärnans yta, som ett fuktigt silkespapper.
– De flesta implantat tar upp enorma volymer i kroppen, säger Kenneth L. Shepard, professor i elektroteknik och biomedicinsk teknik vid Columbia University och en av studiens huvudförfattare. – Här har vi kondenserat all funktionalitet till ett enda chip som nästan inte tar någon plats alls.
Cortex blir en höghastighetsport
BISC förvandlar hjärnbarken till ett högupplöst kommunikationsgränssnitt. Chipet innehåller över 65 000 elektroder och kan både läsa av och stimulera hjärnaktivitet. Med hjälp av en extern, bärbar relästation skickas data trådlöst med hastigheter upp till 100 megabit per sekund – minst hundra gånger snabbare än tidigare trådlösa BCI-system.
Det gör det möjligt att koppla hjärnans signaler direkt till avancerade AI- och maskininlärningsmodeller.
– BISC gör hjärnbarken till en effektiv portal för tvåvägskommunikation mellan hjärnan och artificiell intelligens, säger Andreas S. Tolias, professor vid Stanford och medförfattare till studien.
Klinisk potential: från epilepsi till förlamning
En av de mest lovande tillämpningarna är behandling av läkemedelsresistent epilepsi. Genom att läsa av hjärnaktivitet med extrem precision kan systemet identifiera och i framtiden kanske även dämpa epileptiska anfall i realtid.
– Nyckeln till framgångsrika hjärn–dator-gränssnitt är att maximera informationsflödet och samtidigt göra ingreppet så skonsamt som möjligt, säger Brett Youngerman, neurokirurg vid NewYork-Presbyterian/Columbia. – På båda punkterna överträffar BISC tidigare teknik.
Kortare studier under pågående operationer på människa har redan inletts, och resultaten visar stabila och högkvalitativa signaler.
Halvledarteknik flyttar in i kroppen
Att detta nu är möjligt beror på samma utveckling som gjort dagens mobiltelefoner kraftfullare än gårdagens superdatorer. BISC är tillverkat med avancerad halvledarteknik, vilket gör att både beräkning, trådlös kommunikation och strömförsörjning ryms på ett enda flexibelt chip.
– Vi gör för medicinska implantat vad halvledarindustrin redan gjort för datorer, säger Shepard. – Avancerad elektronik kan nu existera i kroppen utan att ta plats.
Från forskningsprojekt till framtidens gränssnitt
Projektet har vuxit fram inom ett program finansierat av DARPA, och forskarna har nu bildat startupbolaget Kampto Neurotech för att ta tekniken vidare mot praktisk användning.
På längre sikt pekar utvecklingen mot något större än medicinska tillämpningar. När hjärnimplantat med hög bandbredd kombineras med allt mer avancerad AI öppnas möjligheten till ett helt nytt sätt för människor att interagera med teknik.
– Det här kan förändra hur vi behandlar hjärnsjukdomar, hur vi styr maskiner – och i förlängningen hur människor samspelar med AI, säger Shepard.
För första gången är visionen om en direkt, sömlös dialog mellan hjärna och dator inte science fiction, utan ingenjörskonst i papperstunn skala.
Läs mer om ämnet:
Källor:
Youtubevideo: The New Generation of Brain-Computer Interface
Science Daily: Scientists reveal a tiny brain chip that streams thoughts in real time
Journalreferens: Taesung Jung, Nanyu Zeng, Jason D. Fabbri, Guy Eichler, Zhe Li, Erfan Zabeh, Anup Das, Konstantin Willeke, Katie E. Wingel, Agrita Dubey, Rizwan Huq, Mohit Sharma, Yaoxing Hu, Girish Ramakrishnan, Kevin Tien, Paolo Mantovani, Abhinav Parihar, Heyu Yin, Denise Oswalt, Alexander Misdorp, Ilke Uguz, Tori Shinn, Gabrielle J. Rodriguez, Cate Nealley, Tjitse van der Molen, Sophia Sanborn, Ian Gonzales, Michael Roukes, Jeffrey Knecht, Kenneth S. Kosik, Daniel Yoshor, Peter Canoll, Eleonora Spinazzi, Luca P. Carloni, Bijan Pesaran, Saumil Patel, Joshua Jacobs, Brett Youngerman, R. James Cotton, Andreas Tolias, Kenneth L. Shepard. A wireless subdural-contained brain–computer interface with 65,536 electrodes and 1,024 channel. Nature Electronics, 2025; DOI: 10.1038/s41928-025-01509-9