A belgiumi IMEC kutatóközpont kutatói bemutatták a Neuropixels 2.0 agyi implantátum második generációját az agysejtek aktivitásának tanulmányozására és stimulálására. Az eszközöket laboratóriumi alkalmazásokban, az agyműködés kutatására, valamint diagnosztikai és orvosi alkalmazásokban használják, például hallásimplantátumok esetében az elveszett funkciók helyreállítására, vagy a Parkinson-kórban, depresszióban vagy epilepsziában szenvedő betegek támogatására, amikor a gyógyszeres kezelés sikertelen. A legújabb változatban csökkent az alaplap mérete, és több mint kétszeresére nőtt a szondák száma, ami több adatrögzítést és átfogóbb elektromos stimulációt tesz lehetővé.
A legérdekesebb szempont a vezeték nélküli kommunikáció jelentős fejlődése, mind a külső eszközökkel, mind magával a szondával. A külső eszközökkel való kommunikációra az ultraszéles sávú (UWB) technológiát használták, amely széles sávszélességű rádiós energiaelosztással rendelkezik. Az alacsony spektrális teljesítménysűrűség ellenállást biztosít a csillapítással szemben, és minimalizálja az interferenciát, ami nagy átviteli teljesítményt eredményez minimális energiafogyasztás mellett. Kezdetben a rekordot jelentő (implantátumok esetében) 1,66 Gbps adatátviteli sebességet értek el 2 cm-es távolságon. Ezek a paraméterek azonban elégtelennek bizonyultak, különösen a szonda és a külső eszköz közötti vezeték nélküli kommunikáció esetében, ahol 10 cm-nél nagyobb átviteli távolság ajánlott a vezeték nélküli kapcsolat megbízhatóságának javítása érdekében, például az antenna elhajlása esetén.
Az IMEC sikeresen megoldotta ezt a problémát egy innovatív hibrid impulzusmodulációs rendszerrel. Ez a megközelítés a hagyományos impulzus alapú modulációs sémákat folyamatos hullámú elemekkel kombinálja. A jelhibridizáció javítja a kommunikáció immunitását, fenntartva a jel integritását a biológiai szöveteken keresztüli átvitel során. A kifejlesztett telemetriarendszer 2 cm-ről 15 cm-re növeli a kommunikációs hatótávolságot, miközben fenntartja a magas, 1,43 Gbps-os adatátviteli sebességet, anélkül, hogy növelné a teljes teljesítményt (5,8 pJ energiafogyasztás bitenként). Ezek a paraméterek legalább 16-szor jobbak a jelenlegi megoldásoknál.
A jelenlegi implantátumok a szonda és a fejre szerelt vagy a bőr alatti modul között kábeles összeköttetéssel rendelkeznek. A probléma az, hogy az agy úgy mozog, mint a kocsonya, a szonda pedig merev, ami feszültséget és hegesedést okoz a szonda körül, ami torzíthatja a rögzített jelek minőségét. A megoldás erre a problémára a koponya és a szonda közötti kábelek teljes eltávolítása. Az IMEC csapata a testcsatornás kommunikáció (BCC) alkalmazása mellett döntött. A hagyományos vezeték nélküli módszerek, például a rádióhullámok vagy az elektromágneses mezők helyett a BCC az emberi test vezetőképességére támaszkodik a jelek továbbításakor. A BCC-kapcsolatokat általában test-test közötti kommunikációra vagy a bőrre rögzített elektródákat használó implantátumokkal való kommunikációra használják. Léteznek ugyan olyan eszközök, amelyek az implantátumtól a szondákig kommunikálnak, de nem biztosítanak elegendő sávszélességet. Az IMEC kifejlesztett egy olyan rendszert, amely egy miniatűr beültethető adót tartalmaz, amely hihetetlen, több mint 250 Mbps adatátviteli sebességgel továbbítja az adatokat a neuroszondáról. Ezenkívül ez a rendszer akár 4 mm-es vízszintes eltérést is elvisel, ami megfelel a tanulmányban közölt relatív agyi mozgástartománynak.
Az agyi implantátumokkal kapcsolatos kutatások az eszközök méretének csökkentésére, a szondák számának növelésére és az energiafogyasztás alacsony szinten tartására összpontosítanak. Az ilyen eszközöknek számos alkalmazási területe lehet, az orvostudománytól kezdve a szórakoztatáson át a test „tökéletesítéséig”. Használhatók az agy, az emberi szervek közül a leginkább feltáratlan emberi szerv jobb megértésére, a neurológiai rendellenességek diagnosztizálására és kezelésére. Szabályozzák az idegsejtek aktivitását, hogy enyhítsék az olyan agyi betegségek és károsodások tüneteit, mint az epilepszia és a Parkinson-kór.
Ezen túlmenően ezek a technológiák alkalmasak az érzékszervi funkciók javítására a látáskárosodásban, halláskárosodásban és pszichiátriai betegségekben szenvedőknél, valamint a motoros funkciók helyreállításában. Egy másik alkalmazás az agy-gép interakció. A fejlett agyi implantátumok közvetlen kommunikációt tesznek lehetővé az agy és az elektronikus eszközök között, lehetővé téve, hogy az elektronikát az agy által generált jelekkel irányítsák.
