BISC: O chip cerebral ultrafino que transmite pensamentos em tempo real.
O chip BISC, desenvolvido pela Columbia Engineering, estabelece uma conexão de alta velocidade entre o cérebro e a inteligência artificial. Saiba como ele funciona e quais aplicações médicas ele pode revolucionar.
O sistema BISC (Sistema de Interface Biológica para o Córtex) representa um salto tecnológico sem precedentes no campo das interfaces neurais. Resultado de uma colaboração entre a Universidade de Columbia, a Universidade de Stanford, a Universidade da Pensilvânia e o Hospital Presbiteriano de Nova York, o dispositivo consiste em um chip de silício do tamanho de um fio de cabelo humano, capaz de estabelecer uma conexão sem fio de alta velocidade entre o córtex cerebral e dispositivos externos, incluindo plataformas de inteligência artificial.
A singularidade do BISC reside em sua extrema miniaturização e densa integração eletrônica. Pela primeira vez, um chip cerebral integra mais de 65.000 eletrodos, canais de registro e estimulação, radiofrequência, gerenciamento de energia e circuitos de controle digital em uma única placa de circuito impresso, oferecendo uma plataforma completa e flexível para leitura e registro da atividade cerebral.
Arquitetura do sistema: um microchip entre o córtex e a inteligência artificial.
O núcleo do sistema é um chip CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), com apenas 50 μm de espessura e uma área de superfície total de 3 mm³. A flexibilidade do substrato permite que ele se adapte perfeitamente ao formato da superfície do cérebro, posicionando-se no fino espaço entre o crânio e a dura-máter, sem penetrar no tecido neural.
O dispositivo consiste em:
- Um módulo implantável contendo 65.536 eletrodos, 1.024 canais de aquisição e 16.384 canais de estimulação;
- Um sistema de comunicações de rádio de banda ultralarga com taxa de transferência de até 100 Mbps;
- Uma unidade externa vestível (estação repetidora) para alimentação sem fio e interface com sistemas de computação;
- Um ambiente de software completo, com instruções personalizadas e suporte para algoritmos de aprendizado de máquina e aprendizado profundo.
O chip, fabricado pela TSMC usando a tecnologia BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) de 0,13 μm, foi projetado para operar em modo full-duplex, permitindo a comunicação bidirecional entre o cérebro e a IA. Circuitos analógicos integrados para estimulação e aquisição possibilitam a sinalização neural de alta fidelidade, enquanto o protocolo de comunicação sem fio é compatível com redes Wi-Fi IEEE 802.11.
Superando as limitações das interfaces neurais tradicionais
As interfaces neurais clinicamente aprovadas até o momento são baseadas em dispositivos grandes, com módulos eletrônicos separados e fiação conectando o implante cerebral aos sistemas de processamento localizados em outras partes do corpo. Essa configuração apresenta limitações significativas em termos de invasividade cirúrgica, latência, confiabilidade a longo prazo e qualidade do sinal.
A BISC supera essas limitações em várias frentes:
- Miniaturização extrema: o dispositivo é 1/1000 menor que os sistemas padrão;
- Sem fios: Todas as comunicações são sem fios, reduzindo o risco de infecção e danos nos tecidos;
- Alta densidade de eletrodos: a resolução espacial da atividade cortical é superior à de qualquer outra BCI atualmente disponível;
- Alto rendimento: O canal de comunicação de dados excede a largura de banda das soluções concorrentes em mais de 100 vezes.
Esses fatores possibilitam uma nova geração de neuropróteses adaptativas, capazes de decodificar intenções, percepções e estados mentais com latência mínima e precisão sem precedentes.
Aplicações clínicas: epilepsia, paralisia, cegueira e muito mais.
As potenciais aplicações clínicas do BISC abrangem inúmeras áreas da neurologia e neurocirurgia. O chip pode ser usado para:
- Monitoramento da epilepsia resistente a medicamentos: graças à gravação de alta resolução, é possível localizar com precisão os focos epileptogênicos e otimizar intervenções cirúrgicas ou estimulação terapêutica;
- Recuperação motora após acidente vascular cerebral ou lesão medular: decodificando os sinais motores do córtex, é possível controlar membros robóticos ou sistemas de eletroestimulação;
- Restauração da comunicação em pacientes com ELA ou síndrome do encarceramento: o chip consegue interpretar sinais corticais relacionados à linguagem ou à intenção comunicativa;
- Próteses visuais neurais: a interação com o córtex visual abre a possibilidade de restaurar a percepção visual em pacientes cegos.
Um ensaio clínico inicial para o tratamento da epilepsia já está em andamento no NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center, com o apoio de uma bolsa dos Institutos Nacionais de Saúde (NIH). Os primeiros implantes intraoperatórios em pacientes humanos demonstraram estabilidade, qualidade do sinal e ausência de efeitos adversos significativos.
Uma ponte entre o cérebro humano e a inteligência artificial.
A integração do BISC com modelos avançados de IA representa um dos aspectos mais inovadores do projeto. A enorme quantidade de dados neurais de alta resolução transmitidos pelo chip pode ser processada em tempo real por redes neurais artificiais para:
- Prever intenções motoras ou cognitivas;
- Classificar estados mentais, emoções ou respostas perceptivas;
- Adaptar dinamicamente a estimulação cerebral com base na resposta do paciente;
- Promover a aprendizagem sinérgica entre redes neurais biológicas e sistemas de IA.
Segundo Andreas S. Tolias, um dos principais neurocientistas envolvidos no desenvolvimento, o BISC transforma a superfície cortical em um portão neural de alta velocidade, criando um canal de "leitura e escrita" estável e escalável para interação entre o cérebro e sistemas computacionais inteligentes.
Da pesquisa ao mercado: o nascimento da Kampto Neurotech
Para acelerar a transição para o uso clínico, pesquisadores da Columbia e de Stanford fundaram a startup Kampto Neurotech, liderada pelo engenheiro Nanyu Zeng, um dos principais designers do chip. A empresa está produzindo versões do sistema para pesquisa pré-clínica e pretende obter aprovação para ensaios clínicos em larga escala.
A Kampto Neurotech se encaixa em um ambiente de rápido desenvolvimento, onde empresas como Neuralink, Synchron e Paradromics competem para conquistar o mercado emergente de interfaces neurais avançadas. No entanto, a miniaturização, a capacidade de transmissão e a escalabilidade da BISC parecem colocá-la em um patamar tecnológico superior.
Perspectivas futuras: rumo a uma simbiose entre cérebro e máquinas
Além das aplicações médicas, as interfaces cérebro-computador (BCIs) de próxima geração podem abrir possibilidades totalmente novas para a interação humano-máquina. De aplicações aeroespaciais e militares ao aprimoramento cognitivo, a capacidade de comunicar pensamentos, intenções e comandos diretamente do cérebro para um computador em tempo real representa uma fronteira ainda amplamente inexplorada.
O potencial do BISC neste contexto é significativo:
- Entrada neural para realidade virtual e aumentada em ambientes imersivos;
- Controle direto de sistemas complexos, como drones, exoesqueletos ou sistemas de vigilância;
- Neuromodulação adaptativa para o tratamento personalizado de distúrbios psiquiátricos ou cognitivos;
- Ampliação das capacidades sensoriais humanas através da estimulação cortical artificial.
Como observou o professor Ken Shepard, que liderou o projeto do chip, o que os semicondutores fizeram pela computação está sendo replicado na neurotecnologia: colocar o equivalente a uma sala de computadores na palma da sua mão – ou, neste caso, dentro do seu crânio.
Conclusão técnica
O BISC representa um marco tecnológico na engenharia neural. É um sistema que integra com sucesso eletrônica avançada, neurociência computacional e cirurgia minimamente invasiva. Suas implicações vão muito além de um único implante: trata-se de uma plataforma escalável e de alto desempenho, preparada para viabilizar uma nova geração de neurotecnologias clínicas e cognitivas.
O projeto, que também conta com o apoio do programa Neural Engineering System Design (NESD) da DARPA, demonstra como a convergência da engenharia eletrônica, da neurociência e da inteligência artificial pode gerar soluções concretas para problemas médicos extremamente complexos, oferecendo um novo caminho para a reabilitação neurológica e uma compreensão mais profunda do cérebro humano.
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