Novo ultratanko sučelje mozak–računalo otvara put prema diskretnoj, visokopropusnoj komunikaciji s korteksom – s jasnim terapijskim posljedicama za epilepsiju, ozljedu leđne moždine, ALS, moždani udar i sljepoću. Istraživački tim sa Sveučilišta Columbia i NewYork-Presbyterian Hospitala uz partnere sa Stanforda i Sveučilišta u Pennsylvaniji razvio je sustav koji stvara brzu bežičnu vezu između moždane kore i vanjskih računala, bez glomaznih kapsula elektronike i bez kabela koji prolaze kroz lubanju. Ključ je u ekstremnoj miniaturizaciji i monolitnoj integraciji: čitav sustav stane na jednu silicijsku pločicu koja se može stanjiti i savinuti tako da legne na moždanu površinu poput papira, čime se invazivnost zahvata svodi na minimum, a propusnost podataka diže na razine potrebne za rad naprednih algoritama strojnog učenja.

Zašto je BISC drugačiji: od “limenke elektronike” do jedne pločice

Većina medicinskih BCI sustava posljednje generacije koristi više odvojenih mikroelektroničkih modula – pojačala, A/D pretvarače, upravljačku logiku i radio-primopredajnike – smještene u relativno velikoj implantiranoj “limenci” uz kabele koji prolaze kroz lubanju ili do prsnog koša. Takva arhitektura povećava invazivnost, stvara potencijalne putove infekcije i ograničava širinu pojasa. BISC ruši taj model. Cijelo sučelje – od 65.536 mikrolektroda u polju (µECoG) preko analognih front-endova i A/D pretvarača do radio-primopredajnika, napajanja i digitalnog upravljanja – nalazi se na jednoj monolitnoj CMOS pločici stanjanoj na debljinu vlasi kose. Ploča se subduralno položi na korteks, bez penetriranja u tkivo, što smanjuje reaktivnost i pojednostavljuje kirurgiju.

Implantat se energetski i podatkovno oslanja na vanjsku, nosivu “relejnu stanicu” koja bežično isporučuje snagu i prima podatke. Veza se ostvaruje ultraprugopojasnim (UWB) radiom s on-chip transceiverom; u praksi to omogućuje propusnost reda veličine stotina megabita u sekundi, dovoljno za istodobno snimanje tisuća kanala visoke vremenske rezolucije te za dvosmjernu “read–write” interakciju (stimulacija i snimanje) na korteksu.

Skalabilnost na razini poluvodičke industrije

Snaga BISC-a je u tome što se ne proizvodi kao ručno sastavljeni “patchwork”, nego standardnim postupcima poluvodičke industrije. Čip je izrađen u 0,13-µm BCD procesu (kombinacija bipolarnog, CMOS i DMOS procesa) koji omogućuje koegzistenciju precizne niskobučne analogije, digitalne logike, upravljanja snagom i snažnih izlaza za stimulaciju na istom kristalu. Time se postiže dosad nezabilježena gustoća funkcionalnosti: mikrolektrodno polje od 256×256 kontakata, 1.024 istodobna kanala za snimanje i do 16.384 programabilna kanala za stimulaciju, zajedno s radijskim i energetskim podsustavima – sve u volumenu reda milimetara kubičnih i s ukupnom debljinom sklopa koja se može svesti na nekoliko desetaka mikrometara. Budući da je sve izrađeno u standardnoj litografiji, platforma je prikladna za serijsku proizvodnju i postupno povećanje broja kanala bez promjene osnovne arhitekture.

Bežična visoka propusnost: zašto je 100 Mbps bitno

U kliničkim i istraživačkim BCI aplikacijama ključno je “uhvatiti” što više informacija o namjerama, percepciji i stanjima mozga, a to traži i visoku prostornu i visoku vremensku rezoluciju. BISC-ova UWB veza deklarativno postiže oko 100 Mb/s agregatne propusnosti, i to bez fizičkih žica između korteksa i računala. Ta brojka nije samo inženjerski podatak na papiru: takva širina pojasa omogućuje izvođenje naprednih algoritama strojnog i dubokog učenja na gotovo sirovim signalima, bez agresivne kompresije i bez gubitka finesa potrebnih za dekodiranje nijansi pokreta, govora ili percepcije. Relejna stanica prema računalu komunicira standardnim bežičnim protokolima, što pojednostavljuje integraciju u postojeće radne tokove u bolnici i laboratoriju.

Od laboratorija prema bolnici: status studija 10. prosinca 2025.

Na putu do primjene u klinici tim je razvio minimalno invazivnu kirurgiju u kojoj se stanjeni čip uvodi kroz malu kraniotomiju i “uvalja” u subduralni prostor, neposredno na korteks. U pretkliničkim modelima potvrđena je stabilnost dugotrajnog snimanja s motoričke i vidne kore. Zabilježene su i putujuće valove u gama-pojasu u vidnoj kori koji nose obilje informacija o podražajima, što tipični niskorezolucijski sustavi ne mogu registrirati. Paralelno se provode kratke intraoperativne studije na ljudima, usmjerene na kvalitetu signala, robusnost komunikacije i sigurnost položaja implantata tijekom neurokirurških zahvata.

Za epilepsiju postoje konkretni planovi: neurokirurški i neurološki timovi u NewYork-Presbyterian/Columbia centru prijavili su ispitivanja uporabe BISC-a u bolesnika s farmakorezistentnom epilepsijom. Ideja je iskoristiti visoku prostorno-vremensku rezoluciju za precizno kartiranje žarišta, predviđanje napadaja i, dugoročno, ciljanu stimulaciju koja prigušuje patološke obrasce prije nego što prerastu u klinički napadaj.

Klinički potencijal: od kontrole napadaja do povrata vida i govora

Iako je prvotni fokus na epilepsiji, tehnologija je primjenjiva i na niz drugih stanja. Kod paralize nakon ozljede kralježnične moždine ili moždanog udara, visoka gustoća elektrode i propusnost otvaraju prostor za dekodiranje namjere kretanja i upravljanje egzoskeletima ili funkcionalnom električnom stimulacijom. U amiotrofičnoj lateralnoj sklerozi BCI sustav s ovakvom rezolucijom može poslužiti kao temelj za brze komunikacijske sučelnike, a u oftalmologiji i neurooftalmologiji dvosmjerna stimulacija na korteksu može postati temelj za vizualne proteze veće prostorne razlučivosti. Napokon, tehnologije dekodiranja govora uz visoku propusnost podatkovnog toka već su pokazale da mogu rekonstruirati prirodniji, izražajniji govor u stvarnom vremenu, što otvara važan put prema vraćanju komunikacije osobama koje su je izgubile.

Kako BISC radi: kratki “stack” od elektrode do oblaka

• µECoG polje: 256×256 raspored mikrolektroda visoke gustoće leži na površini kore i kapacitativno/ohmski “čita” lokalne potencijale polja, uz minimalno prodiranje u tkivo.


• Analogni front-end: svaki snimateljni kanal sadrži pojačalo niske šumovitosti, programabilne filtre i A/D pretvarače optimizirane za bioelektrične signale.


• Upravljanje i obrada: na čipu je kontroler s vlastitim instruction setom koji upravlja multipleksiranjem, stimulacijskim uzorcima i paketiranjem podataka.


• Napajanje i RF: bežično induktivno/kapacitivno napajanje i UWB transceiver za dvosmjernu komunikaciju s nosivom relejnom jedinicom; relej koristi standardni 802.11 pristup prema računalu.


• Softverski sloj: API i alati za strojnoučenje koji omogućuju dekodiranje motorike, govora i percepcije te implementaciju zatvorenih petlji stimulacije.

Inženjerske odluke koje čine razliku

Debljina i fleksibilnost. Pločica stanjena na ~50 µm (u nekim verzijama i do ~15–25 µm ukupne debljine s encapsulacijom) može kliznuti između dure i kalvare bez stvaranja volumenskog pritiska na parenhim te se oblikovno prilagoditi vijugama korteksa. Monolitna integracija uklanja kablove i konektore, smanjuje točke otkaza te donosi značajnu uštedu volumena. Širina pojasa reda 100 Mb/s je kvalitativni skok – omogućuje “streaming” neuralnih podataka u realnom vremenu i podlogu za zatvorene petlje stimulacije. Energetska učinkovitost i upravljanje snagom projektirani su tako da disipacija ostane unutar sigurnih granica za neuralno tkivo, uz stalni nadzor temperature i integriteta signala.

Usporedba s drugim BCI pristupima

BCI ekosustav je raznolik: od dubokih penetrirajućih mikroiglenih matrica do epiduralnih i subduralnih mreža te potpuno neinvazivnih sustava. Penetrirajuće matrice (npr. robotski ugrađene niti) daju vrlo visoku lokalnu rezoluciju, ali nose veći kirurški rizik i dugoročnu reaktivnost tkiva. Epiduralni i subduralni sustavi su blaže invazivni, no tradicionalno su nudili nižu rezoluciju i propusnost. BISC spaja prednosti dvaju svjetova: subduralni, meki kontakt s korteksom i gustoću kanala koja ulazi u teritorij visokorazlučivih rekonstrukcija – a pritom izbjegava trajne transkortikalne vodove i prostrane kapsule elektronike. Za kliničare to znači lakše postavljanje, za inženjere veću skalabilnost, a za pacijente potencijalno brži oporavak i manji rizik od infekcije.

Od DARPA-e do startupa: put komercijalizacije

Razvoj BISC-a potaknut je u okviru programa usmjerenih na visokorezolucijska sučelja s velikim brojem kanala snimanja i stimulacije, s ciljem da se most između mozga i digitalnih sustava učini što širim i pritom sigurnim. Istraživači su potom pokrenuli industrijski prijenos kroz novoosnovanu tvrtku Kampto Neurotech, koja proizvodi istraživački spremne inačice čipa i radi na daljnjem razvoju platforme za ispunjavanje zahtjeva za ispitivanja na ljudima. Industrijski pristup wafer-scale proizvodnji i metrikama poput gustoće elektroda po milimetru kubičnom ističe se kao diferencijator u odnosu na postojeće sustave.

Sigurnost, biokompatibilnost i regulativa

Jedan od razloga za odabir subduralne konfiguracije jest smanjenje reaktivnosti tkiva i mikropomaka koji vremenom degradiraju signal. Pritom se koriste fleksibilni dielektrici (npr. parilen, poliimid) i hermetički koncepti encapsulacije koji ne povećavaju krutost sklopa. Energetske gustoće i toplinski tokovi projektirani su tako da ne premašuju granice sigurnosti za neuralno tkivo, dok je čitav sustav zamišljen da radi u zatvorenom krugu s nadzorom integriteta signala i detekcijom grešaka. Na regulatornoj strani predstoji standardni put: ocjena biokompatibilnosti materijala, verifikacija elektromagnetske kompatibilnosti, validacija softvera te kliničke studije koje moraju pokazati sigurnost i korisnost u jasno definiranim indikacijama.

AI kao “druga polovica” sustava

Visokopropusni BCI bez snažnih algoritama ostaje samo “mikrofon” za mozak. BISC je osmišljen za suradnju s modelima strojnog učenja koji rade na strujama lokalnih polja i potencijalno na spajanjima s vizualnim, somatosenzornim i motoričkim reprezentacijama. U dekodiranju motorike, gusti raspored kontakata olakšava učenje mapiranja namjere pokreta u naredbe za proteze ili egzoskelete. U govoru, kombinacija guste prostorne uzorkovanosti i stabilne bežične veze omogućuje sustavima da rekonstruiraju kontinuirani, izražajan govor u gotovo stvarnom vremenu. U percepciji, velika širina pojasa i dvosmjernost stvaraju preduvjete za zatvorene petlje u kojima algoritmi ne samo čitaju već i ciljano stimuliraju kako bi ispravili patološke obrasce.

Što ovo znači za kliniku u sljedećim godinama

U epilepsiji: finije kartiranje mreža koje generiraju napadaje, prediktori temeljeni na dubokim modelima i potencijal zatvorene petlje stimulacije za sprječavanje napadaja. U motoričkim deficitima: brži “od misli do pokreta” kanali i preciznija kontrola više stupnjeva slobode. U komunikaciji: prirodniji, brži govor generiran iz neuralne aktivnosti, uključujući nijanse izražaja. U vizualnim poremećajima: temelji za kortikalne proteze s većim brojem prostora stimulacije. Sve to ovisi o dokazima sigurnosti i robusnosti tijekom duljih razdoblja, o održivosti bežičnog napajanja i o sposobnosti sustava da dugoročno održava povoljan omjer signal/šum bez ožiljkastih promjena na sučelju tkivo-elektroda.

Tehničke specifikacije i brojke (kontekst za stručnjake)

• Gustoća elektroda: 256×256 (65.536 kontakata) u polju µECoG; istodobno snimanje ≥1.024 kanala; stimulacija do 16.384 kanala uz programabilne uzorke.


• Radio-veza: UWB s agregatnim bitnim protokom približno 100 Mb/s; relejna stanica se prema računalu ponaša kao 802.11 uređaj.


• Tehnologija izrade: 0,13-µm BCD (monolitna integracija analogije, digitalije, napajanja i RF-a).


• Mehanika: stanjeni kristal debljine ~50 µm (ukupno s encapsulacijom ~25–50 µm), fleksibilan za subduralno polaganje; površina čipa reda milimetara kvadratnih; volumen ~3 mm³.


• Softver: vlastiti “instruction set”, API i alati za dekodiranje namjere, percepcije i stanja; podržana zatvorena petlja stimulacije.


• Preklinični rezultati: kronična snimanja (tjedni–mjeseci) u svinja i nehumanih primata s dekodiranjem motorike i percepcije; intraoperativna snimanja u ljudi u tijeku.

Otvorena pitanja i granice

Koliko dugo ostaje stabilna impedancija elektroda i omjer signal-šum? Kako osigurati dugoročnu hermetizaciju bez povećanja krutosti? Kolikim tempom raste potrošnja u odnosu na broj aktivnih kanala i kako to utječe na toplinsku bilancu? Može li se bežična veza pouzdano nositi s elektromagnetski “zagađenim” bolničkim okruženjem? Kako ugraditi kibernetičku sigurnost i privatnost podataka od prvog dana? I napokon, kako validirati dekodere tako da budu robusni na dugoročne promjene neurofiziologije i ponašanja pacijenata? Odgovori na ta pitanja presudit će može li BISC prijeći granicu od obećavajuće platforme do standardnog neurokirurškog alata.

U zbiru, pojavom jednokomponentnog, ultratankog, bežičnog BCI-ja koji čitav “signalni lanac” donosi na jedan čip, mozak dobiva komunikacijski “portal” visoke propusnosti. Ako predstojeće kliničke studije potvrde sigurnost i učinak u bolestima poput epilepsije, paralize ili gubitka vida, sljedeći val neurotehnologije mogao bi iz laboratorija tiho ući u neurokirurške dvorane i – korak po korak – u svakodnevni život.