's Werelds kleinste draadloze hersenimplantaat

Drie labs, drie benaderingen, één doel: het brein ontkoppelen

In publicaties die tussen november en december 2025 verschenen, beschreven onderzoeksteams van Cornell, Columbia/Stanford/UPenn en MIT drie zeer verschillende routes naar draadloze, minimaal invasieve breininterfaces. Bij Cornell en de Nanyang Technological University onthulden onderzoekers MOTE, een opto-elektronisch apparaat op microschaal dat letterlijk kleiner is dan een korrel zout en gedurende meer dan een jaar neurale pieken bij muizen vastlegde. Bij Columbia en hun klinische partners presenteerden ingenieurs BISC, een papierdun siliciumimplantaat met tienduizenden elektroden en een draadloze verbinding van 100 megabit. En bij MIT presenteerden wetenschappers "circulatronics": hybriden van cellen en elektronica die door de bloedbaan kunnen reizen, de intacte bloed-hersenbarrière passeren en zichzelf op een doellocatie implanteren om gerichte elektrische stimulatie te bieden. Elk project pakt een ander knelpunt aan — omvang, bandbreedte of chirurgisch risico — en samen illustreren ze hoe divers de technische keuzes zijn wanneer je elektronica naast neuronen probeert te plaatsen.

Extremen in miniaturisering: de MOTE

In laboratoriumtests werd het apparaatje op of in de barrel-cortex van muizen geplaatst, waar het gedurende een jaar op betrouwbare wijze zowel pieken van afzonderlijke neuronen als bredere synaptische activiteit registreerde met minimale littekenvorming. Het team bracht tijdens de fabricage atomair dunne beschermende coatings aan om corrosie in de vloeistofrijke omgeving van de hersenen te vertragen. Ze merken op dat de materialen van het apparaat mogelijk compatibel zijn met MRI — een belangrijk praktisch voordeel voor toekomstig klinisch werk. Het MOTE-artikel verscheen in Nature Electronics en is belangrijk omdat het langdurige, draadloze registratie aantoont op een schaal die veel kleiner is dan voorheen voor mogelijk werd gehouden.

Papierdunne corticale chips met hoge bandbreedte: het BISC-platform

Het single-chip BISC-ontwerp bevat 65.536 elektroden, 1.024 registratiekanalen en meer dan 16.000 stimulatiekanalen, plus on-chip radio's en energiebeheer. In gepubliceerde tests demonstreerde het systeem een relaisstation dat het implantaat verbindt met externe computers via een ultrabreedband-radioverbinding met een capaciteit van ongeveer 100 Mbps — een doorvoersnelheid die vele malen hoger is dan die van de meeste huidige draadloze BCI's. Die bandbreedte maakt BISC aantrekkelijk voor klinische neuroprothesen en voor het koppelen van corticale populatie-activiteit aan machine learning-decoders. Het implantaat werd gefabriceerd met behulp van gevestigde productieprocessen van halfgeleiderfabrieken en het team is al begonnen met kortstondige intra-operatieve humane studies en heeft een startup opgericht om het apparaat te commercialiseren.

Niet-chirurgische plaatsing: MIT's circulatronics

De onderzoekers testten circulatronics bij muizen en toonden aan dat het apparaatje zich kan richten op ontstoken hersengebieden en lokale stimulatie kan bieden met precisie op micrometerniveau, terwijl weefselschade en aanvallen van het immuunsysteem — die grotere implantaten vaak teisteren — worden vermeden. Het werk verscheen in Nature Biotechnology en schetst een mogelijke niet-chirurgische route naar miljoenen microscopische stimulatiepunten, met duidelijke implicaties voor de behandeling van focale ontstekingen, glioblastomen of diffuse laesies die chirurgisch moeilijk te bereiken zijn.

Energie, communicatie en het immuunsysteem: de compromissen die het vakgebied definiëren

Wanneer je de drie platforms vergelijkt, vallen de verschillen terug te leiden naar enkele essentiële technische compromissen. Energie en telemetrie domineren het ontwerp: MOTE gebruikt uitgezonden licht voor zowel energie als optische uitgaande signalering, wat een minuscule omvang mogelijk maakt ten koste van een beperkte datasnelheid en dieptepenetratie. BISC gebruikt on-chip radio's en een extern relais om een zeer hoge datadoorvoer en geïntegreerde stimulatie te bereiken, maar vereist plaatsing in de subdurale ruimte en een draagbaar relais. Circulatronics omzeilt chirurgie volledig door mee te liften op cellen om elektronica te transporteren, maar dat vereist zorgvuldige biologische manipulatie om te controleren waar de apparaten heen gaan en hoe ze zich gedragen zodra ze aankomen.

Biocompatibiliteit is een andere as. De vloeistoffen in de hersenen tasten elektronica aan en roepen immuunreacties op; de teams gebruiken verschillende tegenmaatregelen — atoomlaag-beschermende coatings voor MOTE, flexibele conforme substraten voor BISC en camouflage door levende cellen voor circulatronics. Elke strategie brengt nieuwe onzekerheden met zich mee: minuscule apparaten die niet meer te traceren zijn, het lot op de lange termijn van geïnjecteerde hybriden, of onverwachte interacties met beeldvormingsmodaliteiten en andere medische hulpmiddelen.

Klinische trajecten, commercialisering en wettelijke hindernissen

Alle drie de projecten zijn expliciet translationeel, maar worden geconfronteerd met verschillende regelgevende en commerciële uitdagingen. BISC's gebruik van gevestigde halfgeleiderfabricage en de subdurale chirurgische inbrenging sluiten natuurlijk aan bij bestaande regelgeving voor implantaten en neurochirurgische workflows, wat helpt bij de overgang naar klinische trials. Cornell's MOTE is nog vele stappen verwijderd van menselijk gebruik: langdurige registraties bij muizen zijn bemoedigend, maar het opschalen van optische voeding en dataverzameling door de dikte van de menselijke schedel blijft een technische hindernis. Het circulatronics-concept van MIT is vanuit klinisch perspectief de meest ontwrichtende van de drie — door een craniotomie te vervangen door een injecteerbare route — maar het zal ook de meeste aandacht van toezichthouders trekken omdat het doelbewust de bloed-hersenbarrière passeert en levende cellen als transportmiddel gebruikt.

De commerciële activiteiten zijn al in volle gang: onderzoekers van Columbia/Stanford hebben een bedrijf opgericht om BISC-onderzoekskits te maken, en het MIT-team is van plan om via een startup richting klinische trials te gaan. Financieringsbronnen zijn onder meer de Amerikaanse National Institutes of Health en, in sommige gevallen, door defensie gefinancierde programma's die al langere tijd risicovol neurowetenschappelijk werk ondersteunen. Die mix versnelt het onderzoek, maar roept ook opnieuw vragen op over dual-use en het toezicht op krachtige brein-computertechnologieën.

Ethiek, beveiliging en wat “draadloos” echt betekent voor de geest

Naarmate implantaten kleiner worden en draadloze verbindingen sneller, verschuiven de ethische kwesties van chirurgisch risico naar vragen over privacy, data-eigendom en controle. Apparaten met een hoge bandbreedte zoals BISC bieden de mogelijkheid om te registreren, decoderen en stimuleren met een hoge temporele en ruimtelijke resolutie — mogelijkheden die lastige vragen oproepen over wie toegang heeft tot neurale data, hoe deze wordt opgeslagen en geanalyseerd, en hoe ongewenste inmenging kan worden voorkomen. Miniatuurimplantaten zoals MOTE of zelf-installerende circulatronics dagen regelgevingskaders uit die ervan uitgaan dat apparaten fysiek traceerbaar en verwijderbaar zijn. Onderzoekers en clinici benadrukken therapeutische doelen — controle over epilepsie, herstel van verlamming, herstel van het gezichtsvermogen — maar ingenieurs en ethici dringen nu al aan op parallel werk aan standaarden voor beveiliging, geïnformeerde toestemming en langdurige follow-up.

Een meervoudige toekomst voor neurale interfaces

Wat uit deze publicaties naar voren komt, is niet één enkele winnaar, maar een gereedschapskist. Voor sommige toepassingen — hoogwaardige prothesebesturing of corticale mapping voor onderzoek — lijkt een chip op wafer-schaal met hoge bandbreedte zoals BISC het meest veelbelovend. Voor minimaal invasieve monitoring of interfaces met organoïden en kleine neurale structuren zouden optische micro-apparaten zoals MOTE experimenten mogelijk kunnen maken die voorheen onmogelijk waren. En voor therapeutische neuromodulatie waarbij chirurgie onpraktisch is, wijst circulatronics op een radicaal alternatief.

Die mogelijkheden zijn opwindend, maar het vertalen ervan naar veilige, rechtvaardige klinische technologieën zal jaren van engineering, langdurige dierlijke en humane studies, regelgevend werk en publiek debat over acceptabel gebruik vergen. De nabije toekomst van hersenimplantaten is daarom niet één enkel miniatuurwonder, maar een groeiende set compromissen die clinici, regelgevers en de samenleving zorgvuldig zullen moeten afwegen.

Bronnen

• Nature Electronics (wetenschappelijke artikelen over MOTE en BISC)
• Nature Biotechnology (wetenschappelijk artikel over circulatronics)
• Cornell University (Molnar lab, Cornell NanoScale Facility)
• Columbia University School of Engineering and Applied Science (BISC-samenwerking)
• MIT Media Lab / Nano-Cybernetic Biotrek Lab (circulatronics-onderzoek)
• DARPA Neural Engineering System Design-programma