Autonomous In-vivo Brain-Machine-Interface in 28nm-CMOS technology with Ultrasound-based Power-Harvester and Communication-Link (Brain28nm)

Le disfunzioni del sistema nervoso possono provocare gravi malattie neurologiche che compromettono gravemente le normali funzioni vitali, come i movimenti, la vista e la capacità uditiva. Alcune terapie innovative si basano sulla sostituzione o il recupero dei circuiti neurali disfunzionali mediante dispositivi impiantabili per il rilevamento e la stimolazione selettiva dei neuroni che agiscono come interfacce cervello-macchina (brain machine interfaces, BMI). Questi dispositivi trovano applicazione nel trattamento di malattie neurologiche quali il Parkinson e l’epilessia. Il progetto BRAIN28nm mira a realizzare una BMI minimamente invasiva e senza batteria, posizionata chirurgicamente sulla membrana della pia madre cerebrale, che misuri i segnali elettrici neuronali (potenziali d'azione e potenziali di campo locale), li elabori e che stimoli adeguatamente i neuroni all'interno di un sistema a ciclo chiuso. Al momento, nessun BMI disponibile è in grado di operare con elevata risoluzione spaziale, a lungo termine senza infezioni e in maniera autonoma, ossia in modo da consentire il movimento del paziente. Il dispositivo si basa su un'innovativa interfaccia cerebrale con accoppiamento capacitivo che consente di evitare microelettrodi invasivi e di migliorare la risoluzione. Il sistema sarà fabbricato utilizzando la tecnologia CMOS a 28 nm e comprenderà su un unico circuito integrato il front-end analogico, l'elaborazione digitale dei segnali e l’energy harvester. Il dispositivo impiantato sfrutterà un innovativo energy harvester e un sistema di comunicazione basato su onde ultrasoniche. Il dispositivo finale verrà testato in vivo in su ratti anestetizzati e su ratti che si muovono liberamente.