Il chip BISC, sviluppato da Columbia Engineering, stabilisce un collegamento ad alta velocità tra cervello e AI. Scopri come funziona e quali applicazioni mediche può rivoluzionare.
Il sistema BISC (Biological Interface System to Cortex) rappresenta un salto tecnologico senza precedenti nel campo delle interfacce neurali. Frutto di una collaborazione tra Columbia University, Stanford University, University of Pennsylvania e NewYork-Presbyterian Hospital, il dispositivo consiste in un chip in silicio delle dimensioni di un capello umano, capace di stabilire una connessione wireless ad altissima velocità tra la corteccia cerebrale e dispositivi esterni, comprese piattaforme basate su intelligenza artificiale.
La straordinarietà di BISC risiede nella sua miniaturizzazione estrema e nella densità di integrazione elettronica. Per la prima volta, un chip cerebrale integra in un singolo circuito stampato oltre 65.000 elettrodi, canali di registrazione e stimolazione, radiofrequenza, gestione dell’alimentazione e circuiti digitali di controllo, offrendo una piattaforma completa e flessibile per la lettura e scrittura dell’attività cerebrale.
Il cuore del sistema è un chip in tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor), con uno spessore di soli 50 μm e una superficie complessiva di 3 mm³. La flessibilità del supporto gli consente di adattarsi perfettamente alla conformazione della superficie cerebrale, posizionandosi nel sottile spazio tra cranio e dura madre, senza penetrare nel tessuto neurale.
Il dispositivo è costituito da:
Il chip, prodotto con tecnologia BCD (Bipolar-CMOS-DMOS) da TSMC a 0.13 μm, è stato progettato per operare in modalità full-duplex, consentendo una comunicazione bidirezionale tra cervello e AI. La presenza di circuiti analogici integrati per stimolazione e acquisizione consente un’alta fedeltà del segnale neurale, mentre il protocollo di comunicazione wireless è compatibile con reti Wi-Fi IEEE 802.11.
Le interfacce neurali clinicamente approvate finora si basano su dispositivi di grandi dimensioni, con moduli elettronici separati e cablaggi che connettono l’impianto cerebrale a sistemi di elaborazione posti in altri distretti corporei. Questa configurazione introduce limiti significativi in termini di invasività chirurgica, latenza, affidabilità nel tempo e qualità del segnale.
BISC supera questi limiti su più fronti:
Questi fattori abilitano una nuova generazione di neuroprotesi adattive, in grado di decodificare intenzioni, percezioni e stati mentali con una latenza minima e una precisione senza precedenti.
Le potenziali applicazioni cliniche di BISC spaziano in numerosi ambiti della neurologia e della neurochirurgia. Il chip può essere utilizzato per:
Un primo trial clinico per il trattamento dell’epilessia è già in fase di sviluppo presso il NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center, con il supporto di un grant del National Institutes of Health (NIH). I primi impianti intraoperatori su pazienti umani hanno mostrato stabilità, qualità del segnale e assenza di effetti avversi significativi.
L’integrazione di BISC con modelli AI avanzati rappresenta uno degli aspetti più innovativi del progetto. L’enorme quantità di dati neurali ad alta risoluzione trasmessi dal chip può essere elaborata in tempo reale da reti neurali artificiali per:
Secondo Andreas S. Tolias, uno dei principali neuroscienziati coinvolti nello sviluppo, BISC trasforma la superficie corticale in una porta neurale ad alta velocità, creando un canale “read-write” stabile e scalabile per l’interazione tra cervello e sistemi computazionali intelligenti.
Per accelerare la transizione verso l’uso clinico, i ricercatori di Columbia e Stanford hanno fondato la startup Kampto Neurotech, guidata dall’ingegnere Nanyu Zeng, tra i progettisti principali del chip. L’azienda sta producendo versioni del sistema destinate alla ricerca preclinica e punta a ottenere l’approvazione per studi clinici su larga scala.
Kampto Neurotech si inserisce in un contesto in rapido sviluppo, dove aziende come Neuralink, Synchron e Paradromics stanno cercando di conquistare il nascente mercato delle interfacce neurali avanzate. Tuttavia, la miniaturizzazione, la capacità di trasmissione e la scalabilità di BISC sembrano collocarlo su un piano tecnologico superiore.
Oltre agli impieghi medici, i BCI di nuova generazione potrebbero aprire scenari completamente nuovi per l’interazione uomo-macchina. Dall’uso in ambito aerospaziale o militare fino al potenziamento cognitivo, la possibilità di comunicare pensieri, intenzioni e comandi direttamente dal cervello verso un computer in tempo reale rappresenta una frontiera ancora poco esplorata.
Il potenziale di BISC in questo contesto è significativo:
Come ha osservato il professor Ken Shepard, responsabile della progettazione del chip, si sta replicando per le neurotecnologie ciò che i semiconduttori hanno fatto per l’informatica: portare l’equivalente di una sala computer nel palmo della mano – o, in questo caso, all’interno della scatola cranica.
BISC rappresenta una milestone tecnologica nell’ingegneria neurale. È un sistema che integra con successo elettronica avanzata, neuroscienze computazionali e chirurgia minimamente invasiva. Le sue implicazioni vanno ben oltre il singolo impianto: si tratta di una piattaforma scalabile, ad alte prestazioni, pronta per abilitare una nuova generazione di neurotecnologie cliniche e cognitive.
Il progetto, sostenuto anche dal programma Neural Engineering System Design (NESD) della DARPA, dimostra come la convergenza tra ingegneria elettronica, neuroscienze e intelligenza artificiale possa generare soluzioni concrete per problemi medici estremamente complessi, offrendo una via nuova per la riabilitazione neurologica e la comprensione profonda del cervello umano.