Невроинтерфейсът отчита и стимулира мозъка в 16 точки едновременно. И това помага.

Компанията Starfish представи революционен микрочип за изследване на електрическата активност на мозъка, който може да революционизира подходите за лечение на неврологичните разстройства. Разработката е със свръхниска консумация на енергия и миниатюрни размери, което открива възможност за създаване на ново поколение разпределени невроинтерфейси – системи, които могат да взаимодействат едновременно с няколко области на нервната тъкан.

Настоящите методи за взаимодействие с мозъка са насочени предимно към работа с една област – например при болестта на Паркинсон се стимулират строго определени зони. Натрупват се обаче доказателства, че много заболявания са свързани с нарушения на ниво невронни вериги. Това означава, че се нарушава взаимодействието между различните части на мозъка. Това включва депресията и епилепсията.

Лечението на подобни патологии ще изисква създаването на принципно нови решения, способни едновременно да разчитат електрическите сигнали на невроните и да въздействат върху редица свързани участъци от командния ни център. И засега всичко се дължи на техническите ограничения.

Невроинтерфейсите са трудни за тиражиране поради обемистите физически размери, високите изисквания към енергията и честотната лента за комуникация, както и значителната хирургическа тежест за пациента. Всеки допълнителен имплант увеличава хирургичните рискове и усложнява периода на възстановяване.

Starfish, от друга страна, предлага да се създаде нов клас минимално инвазивни системи, които осигуряват едновременен достъп до няколко области на мозъка. Екипът работи върху технологии, които могат да записват и стимулират невронната активност с прецизност, далеч надхвърляща възможностите на съществуващите в момента механизми.

Ключов аспект на проекта е радикалното намаляване на размера. Инженерите се опитват да сведат до минимум физическия размер на електрониката, кабелите и корпуса и да премахнат напълно батериите в полза на безжичния пренос на енергия .

Наличната в търговската мрежа електрофизиологична електроника не е подходяща, тъй като обикновено консумира десетки миливати и заема голяма площ – над 5 милиметра на всяка страна (а понякога и 10). Затова компанията решава да разработи свой собствен специализиран чип в партньорство с imec.

Основните характеристики на новия чип: свръхниска консумация на енергия – само 1,1 миливата обща мощност по време на типичен запис. Физическите размери са само 2 на 4 милиметра в BGA пакет със стъпка 0,3 милиметра – в сравнение със съществуващите решения, които са сравними по размер с монета, това е успех.

Устройството е в състояние едновременно да записва пиковете (кратки електрически разряди на отделните неврони) и локалните полеви потенциали – бавни осцилации на електрическата активност на цели групи клетки. Системата провежда и стимулация с биполярни импулси, които имитират естествените мозъчни сигнали.

Архитектурата включва 32 електродни подложки с 16 канала за едновременен запис при 18,75 килохерца и един източник на ток за стимулиране на произволни двойки електроди. По този начин е възможно гъвкаво адаптиране на въздействията към нуждите на отделния пациент.

Интегрираният мониторинг на импеданса и измерването на преходното напрежение на стимулацията осигуряват контрол на качеството на тъканния контакт. Цифровата обработка на данните и детектирането на пиковете в чипа позволяват работа чрез безжични интерфейси с ниска честотна лента, което спестява енергия и опростява преноса на информация.

Чипът е произведен по 55-нанометровия процес на TSMC, който позволява максимална функционалност в минимален обем, без да се жертва надеждността.

Разработчиците са проектирали чипа с оглед на бъдещото му интегриране в напълно безжичен имплант без батерии. Поради това системата е гъвкава и може да работи при различни ограничения на мощността или данните – усилвателите могат да се изключват, за да се пестят ресурси, а информацията може да се филтрира и редуцира. Успоредно с това екипът активно изгражда миниатюрна нискоенергийна електроника за надеждно прехвърляне на енергия и данни през живата тъкан.

Компанията очаква първите прототипи да се появят в края на 2025 г. и в момента активно търси партньори, желаещи да интегрират разработката в своите проекти.