L'équipe de recherche considère un nouveau dispositif d'implantation d'interface cerveau-ordinateur aussi fin que du papier comme un maillon clé de l'avenir de l'interaction homme-machine. Il est nommé « Système d'Interface Biocorticale » (BISC). L'ensemble du système tourne autour d'une puce unique ultra fine et ultra petite, mais il peut établir un canal de données bidirectionnel à grande vitesse entre le cerveau et les ordinateurs externes et même les systèmes d'intelligence artificielle sans envahir de manière significative l'espace crânien.
L’équipe de recherche estime que cette technologie devrait changer le diagnostic et le traitement de nombreux types de maladies neurologiques telles que l’épilepsie, les lésions médullaires, la SLA, les accidents vasculaires cérébraux et la cécité, et pourrait également devenir une infrastructure pour une collaboration plus directe entre les humains et l’intelligence artificielle.
Différent des interfaces cerveau-ordinateur électroniques « en conserve » traditionnelles, BISC compresse tous les circuits clés tels que les amplificateurs, la conversion de données, les émetteurs-récepteurs radiofréquence et la gestion de l'alimentation dans une puce CMOS amincie. L'épaisseur est d'environ 50 microns et le volume total n'est que d'environ 3 millimètres cubes. Il peut glisser dans le petit espace entre le crâne et la surface du cerveau comme un tissu humide et épouser la courbure de la surface du cerveau. Plus de 65 000 électrodes sont intégrées sur la puce, offrant 1 024 canaux d’enregistrement simultanés et plus de 16 000 canaux de stimulation. Il transmet ensuite des données jusqu'à 100 Mbps hors du crâne via une liaison sans fil ultra large bande personnalisée - ce débit sans fil est dit être "au moins deux ordres de grandeur supérieur à celui des systèmes cerveau-ordinateur sans fil existants".
En termes d'architecture système, BISC se compose de trois parties : un implant monopuce responsable du contact direct avec le cerveau, une « station relais » portée à la surface du corps et un ensemble de logiciels et d'instructions dédiés. La puce implantée est alimentée par la station relais via la liaison d'alimentation sans fil et achève en même temps la transmission à grande vitesse de données neuronales massives via une radiofréquence ultra-large bande ; tandis que la station relais apparaît comme un périphérique Wi-Fi ordinaire dans le réseau externe, permettant à n'importe quel ordinateur d'accéder à « l'interface cérébrale » comme un routeur. Sur la base des données neuronales à grande échelle collectées par cette plateforme, les chercheurs ont formé et testé des modèles d'apprentissage automatique et d'apprentissage profond pour décoder les intentions, les perceptions et les états internes, vérifiant ainsi l'importance des interfaces à large bande passante pour « lire et écrire dans le cerveau ».
Sur le plan clinique, des équipes de neurochirurgie et d'épilepsie de l'Université Columbia et du NewYork-Presbyterian Hospital ont exploré les chirurgies d'implantation sur des modèles animaux et vérifié la faisabilité de la puce pour un enregistrement stable et à long terme des signaux neuronaux de la surface du cerveau ; actuellement, les premières études sur des sujets humains progressent, se concentrant principalement sur l'enregistrement à court terme pendant la chirurgie. Les médecins ont souligné que le BISC peut introduire la puce dans l'espace sous-dural par une petite incision et ne nécessite pas de pénétration dans le tissu cérébral ni d'utilisation de fils pour fixer l'implant au crâne, réduisant ainsi théoriquement le risque de réaction tissulaire et d'atténuation du signal à long terme. Le projet a également collaboré avec des équipes telles que l'Université de Pennsylvanie pour mener de vastes expériences préopératoires sur le cortex moteur et le cortex visuel. Certains chercheurs sont optimistes quant à son potentiel en tant que future plateforme d’interface neuronale multimodale intégrant la lumière, le son, etc.
Afin de promouvoir la technologie vers des applications concrètes, des chercheurs de l’Université de Columbia et de l’Université de Stanford ont cofondé la société dérivée Kampto Neurotech. Dirigé par l'un des principaux ingénieurs du projet, il développe une version commerciale pour la recherche préclinique et recherche des ressources pour promouvoir son application à long terme chez l'homme. L'équipe estime qu'en s'appuyant sur les avantages de « fabrication à grande échelle » des processus de semi-conducteurs matures, le BISC dépasse de loin les dispositifs implantables similaires actuels en termes d'évolutivité et d'indicateurs de performance, et fournit une plate-forme d'itération durable pour les futurs systèmes de fusion cerveau-IA. Avec le développement rapide de l’intersection de l’intelligence artificielle et de l’ingénierie neuronale, les chercheurs s’attendent à ce que ce type d’interface cerveau-ordinateur programmable à ultra haute résolution, entièrement sans fil, remodèlera non seulement le traitement des maladies neurologiques, mais pourrait également changer le modèle fondamental de l’interaction humaine avec les machines et même de la coexistence avec l’intelligence artificielle.
Compilé à partir de / scitechdaily