EnBISC: Το μικροσκοπικό τσιπ που υπόσχεται να συνδέσει τον ανθρώπινο εγκέφαλο με την Τεχνητή νοημοσύνη
Nέο τεχνολογικό επίτευγμα
Επαναστατικής αρχιτεκτονικής και τεχνολογίας ο μικροσκοπικός μηχανισμός υπόσχεται αποτελεσματική σύνδεση ανθρώπων με υπολογιστές
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Κολούμπια, σε συνεργασία με κορυφαία ιδρύματα όπως το Στάνφορντ και το Πανεπιστήμιο της Πενσυλβάνια, παρουσίασαν μια επαναστατική συσκευή που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο που αντιμετωπίζουμε νευρολογικές παθήσεις. Πρόκειται για το σύστημα BISC (Biological Interface System to Cortex), ένα εξαιρετικά λεπτό εμφύτευμα πυριτίου, ικανό να μεταδίδει σκέψεις σε πραγματικό χρόνο και να δημιουργεί μια ασύρματη, ταχύτατη γέφυρα επικοινωνίας μεταξύ του εγκεφάλου και της τεχνητής νοημοσύνης.
Η καινοτομία αυτή δεν αποτελεί απλώς ένα ακόμα βήμα στην επιστημονική έρευνα, αλλά ένα γιγαντιαίο άλμα για την αποκατάσταση χαμένων λειτουργιών σε ασθενείς με σοβαρές αναπηρίες.
Το BISC διαφέρει από οτιδήποτε έχουμε δει μέχρι σήμερα στον τομέα των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (Brain-Computer Interfaces - BCIs). Ενώ τα περισσότερα υφιστάμενα συστήματα απαιτούν ογκώδεις εξωτερικές μονάδες, καλώδια που διαπερνούν το δέρμα και πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις, το νέο αυτό τσιπ είναι μια «ολοκληρωμένη» λύση σε μικρογραφία. Με πάχος μόλις 50 μικρομέτρων (περίπου όσο μια ανθρώπινη τρίχα) και μέγεθος που δεν ξεπερνά τα 3 κυβικά χιλιοστά, το εμφύτευμα είναι σχεδιασμένο να γλιστράει ανάμεσα στον εγκέφαλο και το κρανίο, καθισμένο πάνω στον φλοιό σαν ένα υγρό κομμάτι χαρτομάντιλου.
Ο καθηγητής Κεν Σέπαρντ από το Πανεπιστήμιο Κολούμπια, επικεφαλής της μηχανικής ομάδας, παρομοιάζει την εξέλιξη αυτή με την επανάσταση των ημιαγωγών που έφερε τους υπολογιστές από τα τεράστια δωμάτια στην τσέπη μας. «Κάνουμε τώρα το ίδιο για τα ιατρικά εμφυτεύματα», δηλώνει χαρακτηριστικά, τονίζοντας πως πολύπλοκα ηλεκτρονικά μπορούν πλέον να λειτουργούν μέσα στο σώμα καταλαμβάνοντας ελάχιστο χώρο.
Τεχνολογία αιχμής και ασύλληπτες ταχύτητες
Η καρδιά του BISC είναι ένα ενιαίο κύκλωμα CMOS (τεχνολογία που χρησιμοποιείται στους επεξεργαστές των υπολογιστών), το οποίο κατασκευάζεται με μεθόδους μαζικής παραγωγής της βιομηχανίας ημιαγωγών. Αυτό το μικροσκοπικό «θαύμα» φιλοξενεί 65.536 ηλεκτρόδια και πάνω από 1.000 κανάλια καταγραφής, επιτρέποντας την ανάγνωση της εγκεφαλικής δραστηριότητας με πρωτοφανή λεπτομέρεια.
Το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό του, ωστόσο, είναι η ικανότητά του για ασύρματη επικοινωνία. Μέσω ενός ειδικού συστήματος μετάδοσης δεδομένων υπερ-ευρείας ζώνης, το τσιπ επιτυγχάνει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων που αγγίζουν τα 100 Mbps – μια απόδοση τουλάχιστον 100 φορές υψηλότερη από οποιοδήποτε άλλο ασύρματο BCI που υπάρχει σήμερα. Αυτό σημαίνει ότι τα εγκεφαλικά σήματα μπορούν να μεταδοθούν σε πραγματικό χρόνο σε εξωτερικούς υπολογιστές, όπου προηγμένοι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης (AI) αναλαμβάνουν να αποκωδικοποιήσουν τις προθέσεις, την κίνηση ή ακόμα και την ομιλία του χρήστη.
Οι κλινικές εφαρμογές του BISC είναι τεράστιες. Η ικανότητα του συστήματος να «διαβάζει» και να «γράφει» στον εγκέφαλο ανοίγει τον δρόμο για τη θεραπεία παθήσεων που μέχρι σήμερα θεωρούνταν ανίατες ή δύσκολα διαχειρίσιμες. Από την επιληψία και τα εγκεφαλικά επεισόδια μέχρι την παράλυση, την αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και την τύφλωση, η τεχνολογία αυτή υπόσχεται να δώσει πίσω τον έλεγχο στους ασθενείς.
Ο νευροχειρουργός Δρ. Μπρετ Γιούνγκερμαν, βασικός συνεργάτης του project, επισημαίνει ότι η ελαχιστοποίηση της επεμβατικότητας είναι το κλειδί. Το BISC μπορεί να τοποθετηθεί μέσω μιας μικρής οπής στο κρανίο, μειώνοντας δραματικά τον κίνδυνο επιπλοκών και τη φθορά των ιστών μακροπρόθεσμα. Ήδη, η ερευνητική ομάδα έχει εξασφαλίσει χρηματοδότηση από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ (NIH) για την εφαρμογή της τεχνολογίας σε περιπτώσεις ανθεκτικής στα φάρμακα επιληψίας.
Πέρα από τις ιατρικές εφαρμογές, το BISC ανοίγει ένα παράθυρο σε ένα μέλλον όπου η διάδραση του ανθρώπου με τις μηχανές θα είναι άμεση και αδιαμεσολάβητη. Η startup εταιρεία Kampto Neurotech, που ιδρύθηκε από μέλη της ερευνητικής ομάδας, εργάζεται ήδη για την εμπορική ανάπτυξη της τεχνολογίας, φέρνοντας την επιστημονική φαντασία ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα.
Ο καθηγητής Ανδρέας Τόλιας από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ υπογραμμίζει πως το σύστημα μετατρέπει τον φλοιό του εγκεφάλου σε μια «θύρα» υψηλής ταχύτητας. Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη εξελίσσεται, η δυνατότητα απευθείας σύνδεσης του νου με υπολογιστικά συστήματα θα μπορούσε να ενισχύσει τις ανθρώπινες δυνατότητες, επιτρέποντας μια αρμονική συμβίωση βιολογίας και τεχνολογίας.
Τα πρώτα αποτελέσματα από τις προκλινικές δοκιμές είναι εξαιρετικά ενθαρρυντικά, δείχνοντας σταθερή καταγραφή νευρωνικών σημάτων. Αν και ο δρόμος προς την ευρεία χρήση είναι ακόμα μακρύς, το BISC αποδεικνύει ότι η τεχνολογία έχει πλέον ωριμάσει αρκετά ώστε να αρχίσει να ξεκλειδώνει τα πιο βαθιά μυστικά του ανθρώπινου μυαλού.
Η καινοτομία αυτή δεν αποτελεί απλώς ένα ακόμα βήμα στην επιστημονική έρευνα, αλλά ένα γιγαντιαίο άλμα για την αποκατάσταση χαμένων λειτουργιών σε ασθενείς με σοβαρές αναπηρίες.
Μικρότερο από τρίχα, ισχυρότερο από υπολογιστή
Το BISC διαφέρει από οτιδήποτε έχουμε δει μέχρι σήμερα στον τομέα των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή (Brain-Computer Interfaces - BCIs). Ενώ τα περισσότερα υφιστάμενα συστήματα απαιτούν ογκώδεις εξωτερικές μονάδες, καλώδια που διαπερνούν το δέρμα και πολύπλοκες χειρουργικές επεμβάσεις, το νέο αυτό τσιπ είναι μια «ολοκληρωμένη» λύση σε μικρογραφία. Με πάχος μόλις 50 μικρομέτρων (περίπου όσο μια ανθρώπινη τρίχα) και μέγεθος που δεν ξεπερνά τα 3 κυβικά χιλιοστά, το εμφύτευμα είναι σχεδιασμένο να γλιστράει ανάμεσα στον εγκέφαλο και το κρανίο, καθισμένο πάνω στον φλοιό σαν ένα υγρό κομμάτι χαρτομάντιλου.Ο καθηγητής Κεν Σέπαρντ από το Πανεπιστήμιο Κολούμπια, επικεφαλής της μηχανικής ομάδας, παρομοιάζει την εξέλιξη αυτή με την επανάσταση των ημιαγωγών που έφερε τους υπολογιστές από τα τεράστια δωμάτια στην τσέπη μας. «Κάνουμε τώρα το ίδιο για τα ιατρικά εμφυτεύματα», δηλώνει χαρακτηριστικά, τονίζοντας πως πολύπλοκα ηλεκτρονικά μπορούν πλέον να λειτουργούν μέσα στο σώμα καταλαμβάνοντας ελάχιστο χώρο.
Τεχνολογία αιχμής και ασύλληπτες ταχύτητες
Η καρδιά του BISC είναι ένα ενιαίο κύκλωμα CMOS (τεχνολογία που χρησιμοποιείται στους επεξεργαστές των υπολογιστών), το οποίο κατασκευάζεται με μεθόδους μαζικής παραγωγής της βιομηχανίας ημιαγωγών. Αυτό το μικροσκοπικό «θαύμα» φιλοξενεί 65.536 ηλεκτρόδια και πάνω από 1.000 κανάλια καταγραφής, επιτρέποντας την ανάγνωση της εγκεφαλικής δραστηριότητας με πρωτοφανή λεπτομέρεια.
Το πιο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό του, ωστόσο, είναι η ικανότητά του για ασύρματη επικοινωνία. Μέσω ενός ειδικού συστήματος μετάδοσης δεδομένων υπερ-ευρείας ζώνης, το τσιπ επιτυγχάνει ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων που αγγίζουν τα 100 Mbps – μια απόδοση τουλάχιστον 100 φορές υψηλότερη από οποιοδήποτε άλλο ασύρματο BCI που υπάρχει σήμερα. Αυτό σημαίνει ότι τα εγκεφαλικά σήματα μπορούν να μεταδοθούν σε πραγματικό χρόνο σε εξωτερικούς υπολογιστές, όπου προηγμένοι αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης (AI) αναλαμβάνουν να αποκωδικοποιήσουν τις προθέσεις, την κίνηση ή ακόμα και την ομιλία του χρήστη.
Ελπίδα για εκατομμύρια ασθενείς
Οι κλινικές εφαρμογές του BISC είναι τεράστιες. Η ικανότητα του συστήματος να «διαβάζει» και να «γράφει» στον εγκέφαλο ανοίγει τον δρόμο για τη θεραπεία παθήσεων που μέχρι σήμερα θεωρούνταν ανίατες ή δύσκολα διαχειρίσιμες. Από την επιληψία και τα εγκεφαλικά επεισόδια μέχρι την παράλυση, την αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και την τύφλωση, η τεχνολογία αυτή υπόσχεται να δώσει πίσω τον έλεγχο στους ασθενείς.Ο νευροχειρουργός Δρ. Μπρετ Γιούνγκερμαν, βασικός συνεργάτης του project, επισημαίνει ότι η ελαχιστοποίηση της επεμβατικότητας είναι το κλειδί. Το BISC μπορεί να τοποθετηθεί μέσω μιας μικρής οπής στο κρανίο, μειώνοντας δραματικά τον κίνδυνο επιπλοκών και τη φθορά των ιστών μακροπρόθεσμα. Ήδη, η ερευνητική ομάδα έχει εξασφαλίσει χρηματοδότηση από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας των ΗΠΑ (NIH) για την εφαρμογή της τεχνολογίας σε περιπτώσεις ανθεκτικής στα φάρμακα επιληψίας.
Το μέλλον της συμβίωσης με την AI
Πέρα από τις ιατρικές εφαρμογές, το BISC ανοίγει ένα παράθυρο σε ένα μέλλον όπου η διάδραση του ανθρώπου με τις μηχανές θα είναι άμεση και αδιαμεσολάβητη. Η startup εταιρεία Kampto Neurotech, που ιδρύθηκε από μέλη της ερευνητικής ομάδας, εργάζεται ήδη για την εμπορική ανάπτυξη της τεχνολογίας, φέρνοντας την επιστημονική φαντασία ένα βήμα πιο κοντά στην πραγματικότητα.Ο καθηγητής Ανδρέας Τόλιας από το Πανεπιστήμιο Στάνφορντ υπογραμμίζει πως το σύστημα μετατρέπει τον φλοιό του εγκεφάλου σε μια «θύρα» υψηλής ταχύτητας. Καθώς η τεχνητή νοημοσύνη εξελίσσεται, η δυνατότητα απευθείας σύνδεσης του νου με υπολογιστικά συστήματα θα μπορούσε να ενισχύσει τις ανθρώπινες δυνατότητες, επιτρέποντας μια αρμονική συμβίωση βιολογίας και τεχνολογίας.
Τα πρώτα αποτελέσματα από τις προκλινικές δοκιμές είναι εξαιρετικά ενθαρρυντικά, δείχνοντας σταθερή καταγραφή νευρωνικών σημάτων. Αν και ο δρόμος προς την ευρεία χρήση είναι ακόμα μακρύς, το BISC αποδεικνύει ότι η τεχνολογία έχει πλέον ωριμάσει αρκετά ώστε να αρχίσει να ξεκλειδώνει τα πιο βαθιά μυστικά του ανθρώπινου μυαλού.
