Kağıt inceliğinde beyin çipi: Kablosuz ve 100 kat daha hızlı

ABD'li araştırmacılar, mevcut tıbbi sınıf beyin çiplerinden çok daha küçük, kablosuz ve 100 kat daha hızlı veri aktarabilen yeni bir platform geliştirdi. ‘Islak bir kağıt mendil’ kadar esnek olan bu teknoloji, epilepsiden felce kadar birçok nörolojik hastalığın tedavisinde dönüm noktası olabilir.

Columbia Üniversitesi, Stanford Üniversitesi ve Pensilvanya Üniversitesi'nden bilim insanlarının ortaklaşa yürüttüğü çalışma, nörolojik tedaviler ve insan-bilgisayar etkileşimi alanında çığır açan bir gelişmeye imza attı. Nature Electronics dergisinde detayları paylaşılan Korteks için Biyolojik Arayüz Sistemi (BISC), hantal donanımlara ihtiyaç duymadan beyin ile bilgisayarlar arasında yüksek hızlı bir iletişim hattı kurmayı vaat ediyor.

Geleneksel Beyin-Bilgisayar Arayüzleri (BCI), genellikle kafatasına yerleştirilen büyük kutular, karmaşık kablolama sistemleri ve hacimli güç devreleri gerektirir. Ancak BISC platformu, tüm bu sistemi 50 mikrometre inceliğinde (bir insan saç telinden daha ince), tek bir CMOS (Tamamlayıcı Metal Oksit Yarı İletken) çipine sığdırmayı başardı.

'ISLAK BİR MENDİL GİBİ' BEYNE UYUM SAĞLIYOR

Projenin kıdemli yazarlarından Columbia Üniversitesi Profesörü Ken Shepard, toplam hacmi sadece 3 mm³ olan bu esnek çipin, beyin yüzeyinde ‘ıslak bir kağıt mendil parçası gibi’ durduğunu belirtti. Bu yapısal esneklik, cihazın dokuya zarar vermeden beyin kıvrımlarına uyum sağlamasına olanak tanıyor.

Tek bir silikon parçası üzerine entegre edilen sistem şu özellikleri barındırıyor:

• 65.536 Elektrot ve 1.024 kayıt kanalı.
• 16.384 Uyarım Kanalı ile çift yönlü iletişim.
• Sinyal toplama, veri dönüştürme ve güç yönetimi tek merkezde.

RAKİPLERİNDEN 100 KAT DAHA HIZLI

BISC'in en dikkat çekici özelliği, veri aktarım hızındaki olağanüstü kapasitesi. Çip, 100 Mbps hızında veri aktarabilen özel bir ultra geniş bant radyo bağlantısı kullanıyor. Bu hız, mevcut kablosuz BCI teknolojilerinden tam 100 kat daha yüksek.

Sistem, pille çalışan giyilebilir bir ‘röle istasyonu’ ile iletişim kuruyor. Bu istasyon aynı zamanda bir Wi-Fi cihazı işlevi görerek, beyin verilerinin harici bilgisayarlara veya yapay zeka sistemlerine kesintisiz aktarılmasını sağlıyor. Stanford Üniversitesi'nden Andreas S. Tolias, bu platformun kortikal yüzeyi etkili bir 'dijital portala' dönüştürdüğünü vurguluyor.

AMELİYAT RİKİNİ MİNİMİZE EDİYOR

Cihazın klinik potansiyeli, cerrahi kolaylığında yatıyor. Projenin klinik lideri beyin cerrahı Brett Youngerman, cihazın minimal invaziv bir kesi ile yerleştirilebildiğini, beyin dokusuna nüfuz etmediğini ve kemiğe bağlanan kablolar gerektirmediğini belirtiyor. Bu yöntem, doku reaktivitesini azaltarak implantın uzun vadeli kullanım ömrünü ve sinyal kalitesini artırıyor.

Araştırmacılar, bu teknolojinin özellikle şu alanlarda kullanılmasını hedefliyor:

• İlaca dirençli epilepsi nöbetlerinin yönetimi.
• Felçli hastalarda motor işlevlerin geri kazanılması.
• ALS hastaları için iletişim yeteneğinin sağlanması.
• Görme kaybı yaşayanlarda görsel korteks uyarımı.

TİCARİLEŞME SÜRECİ BAŞLADI: KAMPTO NEUROTECH

DARPA'nın (ABD Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı) Sinir Mühendisliği Sistemleri Tasarım programı tarafından desteklenen proje, laboratuvar ortamından çıkıp endüstriye adım atmaya hazırlanıyor. Araştırma ekibi, teknolojinin ticari versiyonlarını geliştirmek ve klinik deneyleri yürütmek üzere Kampto Neurotech adlı bir yan şirket kurdu.

Şirket kurucusu Nanyu Zeng, BISC'in rakiplerini ‘kat kat aşan’ yeteneklere sahip olduğunu ve BCI cihaz üretiminde temelden farklı bir mühendislik yaklaşımı sunduğunu ifade etti.