Hoy, los dispositivos de electrodos implantados para estimular el cerebro son dispositivos extremadamente crudos con solo un puñado de electrodos que se usan para mitigar los efectos del Parkinson, la epilepsia y otras afecciones neurodegenerativas. El número de pacientes con estos dispositivos es solo decenas de milesDebido a la extrema invasividad del proceso de implantación y al gran tamaño del dispositivo implantado. La invención de un dispositivo de implante menos invasivo con muchos más canales que pueden interactuar con el cerebro daría lugar a mejoras revolucionarias en las interfaces cerebro-máquina, incluidas las interfaces directas.a la corteza auditiva y la corteza visual, expandiendo dramáticamente las formas en que los sistemas artificiales pueden apoyar la función cerebral.
Gracias a una nueva subvención de $ 15.8M por cuatro años de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA del Departamento de Defensa de EE. UU., El Profesor de Ingeniería de Columbia Ken Shepard, pionero en el desarrollo de productos electrónicos que interactúan con sistemas biológicos, lidera un equipopara hacer exactamente eso: inventar un dispositivo implantado de interfaz cerebral que podría transformar la vida de personas con enfermedades neurodegenerativas o personas con discapacidad auditiva y visual.
"Este tema ha despertado mucho interés en el sector privado recientemente, incluidas las nuevas empresas Neuralink y Kernel", dice Shepard, profesor de ingeniería eléctrica de la familia Lau y profesor de ingeniería biomédica en Columbia Engineering ".tienen éxito, el tamaño pequeño y la escala masiva de este dispositivo podrían brindar la oportunidad de interfaces transformadoras al cerebro, incluidas las interfaces directas a la corteza visual que permitirían a los pacientes que han perdido la vista discriminar patrones complejos en resoluciones sin precedentes.proyecto muy ambicioso para Columbia, de hecho para todos nosotros, y estamos muy entusiasmados de abordar un tema tan desafiante ".
El proyecto de Shepard se encuentra en el programa de Diseño de Sistemas de Ingeniería Neural NESD de DARPA, parte de la Iniciativa BRAIN más grande del gobierno federal. NESD tiene como objetivo desarrollar una interfaz neuronal implantable que pueda proporcionar una resolución de señal sin precedentes y un ancho de banda de transferencia de datos entrecerebro y el mundo digital. El equipo de Shepard incluye investigadores de instituciones líderes como Baylor College of Medicine, California Institute of Technology, Duke University, New York University, Northwestern y Medtronic. En Columbia, el proyecto incluye a Rafael Yuste profesor de ciencias biológicasy neurociencia, Artes y Ciencias, Liam Paninski profesor de estadística y neurociencia, Artes y Ciencias y Luca Carloni profesor de ciencias de la computación, Ingeniería .El equipo se centra en cumplir los objetivos de NESD de diseñar una interfaz cerebral implantabledispositivo en la escala de un millón de canales para permitir la grabación y la estimulación de la corteza sensorial. Además, planean unasolicite la aprobación regulatoria para comenzar los experimentos en humanos al final del programa de cuatro años.
"Esta es una línea de tiempo muy agresiva", señala Shepard. "Creemos que la única forma de lograr esto es utilizar un enfoque totalmente eléctrico que implique una matriz masiva de grabación de superficie con más de un millón de electrodos fabricados como un dispositivo monolíticoen un solo circuito integrado complementario de semiconductores de óxido de metal CMOS. Estamos trabajando con Taiwan Semiconductor Manufacturing Company como nuestro socio de fundición ".
Dada la complejidad y la escala de las interfaces requeridas, Shepard y su equipo creen que el grado de no invasividad requerido para el uso humano dentro de este marco de tiempo agresivo solo se puede lograr con arquitecturas de electrodos basadas en estimulación y grabación en la superficie del cerebro.El enfoque se basa en la práctica clínica humana actual con matrices de grabación de superficie, la gran escala y los requisitos del programa NESD requieren una desviación dramática de los enfoques eléctricos previos a las interfaces cerebrales. Shepard cree que lograr la escala necesaria para NESD es posible solo si su equipo explotalas capacidades completas de la tecnología CMOS de vanguardia, junto con las capacidades de fabricación asociadas de la industria, y utiliza la integración monolítica de electrodos de estimulación / grabación con una plataforma electrónica CMOS subyacente.
Los chips implantados son ultraconformables con la superficie del cerebro, muy ligeros y lo suficientemente flexibles como para moverse con el tejido. El chip no penetra en el tejido cerebral y utiliza alimentación inalámbrica y telemetría de datos ". Al usar el estado de-"El arte en nanoelectrónica de silicio y su aplicación de manera inusual, esperamos tener un gran impacto en las interfaces cerebro-computadora", dice Shepard. "Hemos reunido un equipo de clase mundial para traducir nuestros esfuerzos al uso humano al concluireste programa."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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