Mühendisler, binlerce beyin implantının saniyede 10 megabitte konuşmasına izin verecek bir şema tasarladı.
Nörograinler adı verilen kablosuz beyin implantları, sinirsel aktiviteyi algılayan ve yorumlanması için harici bir bilgisayara gönderen bir ağ oluşturur.
Beyin-bilgisayar arayüzleri bazı şaşırtıcı özelliklere sahipti: Felçli insanların sözcükleri yazmalarına ve bir robotu sadece zihinlerini kullanarak hareket ettirmelerine izin vermek, bunlardan sadece iki örnek… Brown Üniversitesi Sinir Mühendisliği Profesörü Arto Nurmikko; bu gelişmelerden bazılarına el attı, ancak teknolojinin sadece basit bir aşamada olduğunu belirtiyor. Örneğin; beynin tek bir parmağı bükme niyetini anlayan bilgisayarın karşılığı gibi…
Nurmikko: “Parmak bükme, ayakkabı bağcığı bağlama ve hatta bir piyanistin konser verebilmesi aşamasına gelmeye çalışıyoruz. Bu bir elektronik beyin arayüzünden daha fazla mekansal ve zamansal çözünürlük gerektirir.”
Ekip; bu tür bir çözümün, tek bir kablolu nöral implanttan beynin dışındaki bilgisayarlarla kablosuz olarak iletişim kuran bin veya daha fazla benek boyutundaki nöral implanta geçişi ile birlikte olacağını umuyor. IEEE Özel Entegre Devreler Konferansı’nda, Brown Üniversitesi, Qualcomm ve California San Diego Üniversitesi‘nden mühendisler; bu implantlar için bir iletişim planının son bölümünü sundu. İmplantlar ve saniyede 10 megabit uplink hızına ve 1 Mb / s downlink hızına sahip harici bir cihaz arasında çift yönlü iletişime izin verir.
UC San Diego Qualcomm Institute Circuits Lab Teknik Direktörü Wing Ching (Vincent) Leung: “Bir nöral implantta kablosuz; güç aktarımı ve saniyede megabit gerçekleştiren ilk grup olduğumuza inanıyoruz.”
Nurmikko; 0.25 milimetrekarelik implantlara “nörograinler” diyor. Her biri RF enerjisi alabilen bir çipten oluşuyor; bu çip, kablosuz iletişimin yanı sıra bireysel nöronlardan gelen voltaj yükselmelerini algılayan bir elektrota güç veriyor. Kafatasının dışına yerleştirilmiş bir anten RF gücünü sağlar, implantlara iletir ve onlardan veri alır.
Nörograin çipleri; çevrelerinde bobin şeklinde yonga antenleri içerir. Anten; saniyede megabit veri hızlarında ileten ve alan yukarı ve aşağı bağlantı devrelerini çevreler.
Bin tane implantın aynı harici antenle konuşmasına izin vermek; nörograin ekibinin çözmesi için bazı aşağı bağlantı problemleri yarattı. Birincisi, nörograinlerin çip üzerindeki saatlerini birbirleriyle koordine etmeleri mümkün değildi. Bir diğeri için, hepsi biraz farklı miktarlarda güç alır, ancak gelen bitlerin en yüksek ve en düşük değerleriyle karşılaştırıldığında güvenilir bir voltaj referansı taşımamaktadır.
Leung: “Ortak referansları olmayan, düğümler arasında saatsiz, senkronize bir ağ oluşturmak zorundaydık ve bunu düşük güç ve küçük alanla yaptık.”
Ekip; amaca yönelik “düşük güç voltaj karşılaştırıcısı” ve “nabız genişliği modülasyonu”na sahip “genlik değiştirme anahtarlaması” adı verilen bir iletişim şeması oluşturdular. Bu şemada, bitler, değişimin ne kadar sürdüğüne bağlı olarak bir düzende genlikteki bir değişiklik olarak temsil edilmektedir. Her bit, hem yüksek hem de düşük bir kısma sahiptir. Bir “1”, onu takip eden düşük darbe kısmı kadar iki kat devam eden yüksek bir darbeye sahiptir ve “0”, takip eden düşük genlikli kısmın yarısı kadar yüksektir. Bu, hiçbir nörograinin 30 megahertz saatinin bir arada senkronize edilmemesine ve sinyallerinin karşılaştırılacağı güvenilir bir voltaj referansı olmamasına rağmen; bitlerin hala tanımlanabilmesini sağlar.
Leung ve Nurmikko’nun ekibi; iletişim sisteminin diğer yönlerini çoktan değerlendirmişti. Yeni downlink şemasını kullanarak; sistemin kafa dışında kalan bölümü nörograinlere güç verir ve daha sonra her birine seri olarak hitap eder ve 10 Mb / s’de veri yüklemelerini emreder. Bu düzenlemeye göre, bin nörograin implantın hepsi 100 milisaniyelik alanda söz sahibi olabilir.
Ekip, geriye kalan bir görevi olduğunu söylüyor: Sinirsel kayıt ve stimülasyon devresini bütünleştirmek… Ancak bu ekleme ile bile, Leung; nörograinlerin, mevcut boyutlarının onda birine düşerek, implantasyonu daha az istilacı yapacaktır.
