Il chip intelligente che sta rivoluzionando gli impianti cerebrali
Il progetto IoN(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha raggiunto un traguardo significativo nello sviluppo delle interfacce cervello-computer intracorticali. Ciò consente di affrontare una delle sfide più persistenti nel campo della neurotecnologia: la trasmissione wireless di grandi volumi di dati neurali provenienti da impianti miniaturizzati. Il risultato è illustrato in un articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato sulla rivista «Nature». Con l’aumentare della domanda di trattamenti efficaci per i disturbi neurologici, che spaziano dalla paralisi ai disturbi del linguaggio, gli array di microelettrodi ad alta densità (MEA) si sono affermati come strumenti fondamentali per rilevare l’attività neurale con eccezionale precisione. Tuttavia, l’enorme quantità di dati generata da questi array, che può superare i 300 Mbps nei sistemi con 1 000 canali, crea un collo di bottiglia per la telemetria wireless a causa dei limiti relativi a potenza, larghezza di banda, dissipazione del calore e dimensioni dei dispositivi. Per superare tali limiti, il consorzio IoN ha sviluppato una nuova architettura wireless a due stadi incentrata su un collegamento BCC (Body Channel Communication) transdurale ad accoppiamento galvanico, che utilizza i tessuti stessi del corpo come conduttore per trasmettere dati senza ricorrere alle onde radio. Il sistema consente la trasmissione dei dati da un MEA a galleggiamento libero, posizionato al di sotto della dura madre cerebrale, a un’unità ricevente intracranica fissata in corrispondenza di un sito di craniotomia con foro di trapanazione minimamente invasiva. Eliminando i collegamenti fisici tra il MEA e il modulo di telemetria, il progetto tiene conto dei movimenti naturali del cervello, riducendo così il danno tissutale indotto dai micromovimenti, la formazione di cicatrici e il degrado del segnale nel tempo. Il sistema di telemetria BCC transdurale ha dimostrato prestazioni eccezionali nei test di validazione. Test ed esperimenti condotti utilizzando la testa di un cadavere umano hanno confermato velocità di trasmissione dati wireless fino a 500 Mbps, con un funzionamento limitato al 20 % del tempo per risparmiare energia e con meno di un errore ogni 100 000 bit trasmessi. La validazione su cadaveri è stata sostenuta dall’Erasmus Medical Centre.
Compressione dei dati di dieci volte senza perdita di segnale
Una svolta fondamentale è rappresentata da un sistema di compressione intelligente che agisce come un sensore di movimento per il cervello. Trasmette dati solo quando i neuroni sono attivi; in caso contrario, rimane in silenzio. «Ciò comporta diversi vantaggi: un numero drasticamente inferiore di punti dati (spesso di un ordine di grandezza), un consumo energetico notevolmente inferiore e fabbisogni di larghezza di banda molto più ridotti, mentre tutti i picchi vengono rilevati con elevata fedeltà», si legge in un articolo(si apre in una nuova finestra) pubblicato sul sito web di imec, coordinatore del progetto IoN, con sede nei Paesi Bassi. Riducendo il volume dei dati di oltre 10 volte e diminuendo drasticamente il calore generato e il consumo energetico, questa tecnologia ci avvicina alla realizzazione di impianti cerebrali sicuri e a lungo termine. I test condotti su modelli di cervello su chip hanno confermato che il sistema non induce attività cerebrale indesiderata, garantendo così la sua sicurezza per l’uso a lungo termine nei pazienti. Questa scoperta rappresenta un passo fondamentale verso la realizzazione di interfacce neurali scalabili ed efficienti dal punto di vista energetico, in grado di ripristinare le funzioni motorie, sensoriali e cognitive. Grazie alla combinazione di miniaturizzazione, elevata larghezza di banda e rigorosa validazione in termini di sicurezza, il sistema di telemetria del progetto IoN (Intranet of Neurons: A Minimally-invasive and High-capacity Transcranial Telemetry Network for Large-scale Brain-wide Neural Recordings) apre la strada a future applicazioni che potrebbero trasformare la vita delle persone affette da patologie neurologiche. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto IoN(si apre in una nuova finestra)
