הפריסה המהירה של הדור החמישי (5G) רשתות סלולריות מסמן שינוי פרדיגמטי בתקשורת אלחוטית, המציעה שיעורי נתונים עד 20 Gbps, עצלות תת-מיל שנייה, ואת היכולת לחבר מיליוני מכשירים לקילומטר רבוע. בעוד דיונים מוקדמים התמקדו בממשק סלולרי משופר ובאינטרנט של הדברים, אחת היישומים הפוטנציאליים המשתנים ביותר נמצאת בתחום הנתונים העצביים על ידי חיסול פיזיקלי וזרימת המוח בטווח הקצר, ובאופן טבעי, בין מערכות העצבים של 5G-מוח, לבין זרם חיצוני, לבין זרם נתונים עצביות, לבין זרם חיצוני של חומר עצבי, לבין מערכת העצבים, לבין מערכת העצבים, לבין זרם חיצוני של 5G-מוח של חומר עצבית, לבין זרם נתונים עצבית, אחת מהמהירות המוח, אחת מהמהירות המוח, אחת מהמהירות המוח, אחת מהמהירות המוח, אחת מהטכנולוגיות עצבית של חומר עצבית של חומר, אחת מהמהירות המוח, אחת מהטכנולוגיות העצבית ביותר, לבין זרם נתונים עצבית של חומרים, לבין זרם נתונים עצבית של חומר עצבית של חומר עצבית של חומר עצבית של חומרת של חומרת של חומר עצבית של חומר, בין מערכות העצבים, אחת מהחומרים, אחת מהחומרים, אחת מהחומרים, לבין זרם בין מחשב עצבית המוח, לבין זרם חיצוני

הבנה של Transmission

העברת נתונים עצבית מתייחסת לתהליך של לכידת אותות חשמליים או כימיים מנוירונים, דיגיטציה אותם, ועברת הנתונים המתקבלים ללא שימוש חוטים פיזיים או כבלים. יכולת זו חיונית עבור נוירו-טכנולוגיה מותשת וניתן ללבוש שבו ניידות, נוחות וסיכון זיהום הם דאגות קריטיות.

מערכות הקלטה עצביות מסורתיות מסתמכות לעתים קרובות על מחברים סחניים - מחווטים חודרים לעור - לקשר אלקטרודות מושתלים ליחידות עיבוד חיצוניות. בעוד פונקציונליות, תצורה חוטית אלה מגבילה את הניידות של המטופל, ליצור מסלולי זיהום, לכפות מתח מכני באתר השתל.פתרונות אלחוטיים, בניגוד, לאפשר מערכות מותשת לחלוטין לתקשר עם מקלטים חיצוניים באמצעות תדר רדיו, אינפרא אדום, או גלי קול.

ממשקים עצביים אלחוטיים נוכחיים, כגון אלה המשמשים במחקר עם פרימטים לא אנושיים או בניסויים אנושיים מוקדמים של ממשקי מחשב במוח (BCIs), פועלים בדרך כלל בלהקות רפואיות (למשל, 402–405 מהרץ עבור MedRadio) או להשתמש ב-Wi-Fi/Bluetooth ב-2.4GHz ISM.

כיצד 5G מתייחס לגבולות של קישורים אלחוטיים קיימים

רשתות 5G נועדו לענות על שלושה מקרים של שימוש רחב: פס רחב נייד משופר (eMBB), תקשורת אולטרה-עדתית נמוכה (URLLC), ותקשורת מסיבית מסוג מכונה (mTC) כל אחת מהיכולות האלה ישירות מתייחס צווארי בקבוק מרכזיים בתמסורת נתונים עצבית.

שיעור נתונים גבוה יותר עבור אותות ense Neural

מערך מיקרו-אלקטרוניקה חד-משמעי יחיד יכול לייצר עשרות מגה-ביטים של נתונים עצביים גולמיים לשנייה.קישורים אלחוטיים מודרניים, במיוחד אלה המגבילים על ידי כוח וגודל במכשירים מושתלים, לעתים קרובות דחוסים או למטה, ירידה בנתונים. 5G שיא נתונים על 10 Gbps (בלהקות מ"מ-Wave) ומהירויות מתמשך של כמה מאות צוללות ב-6GHz, כולל להקות אובדן פוטנציאליות, כולל קיבולת גבוהה.

זה גדל דרך חישוב הוא חיוני עבור decoding מכוונת מנוע מאוכלוסיות של נוירונים עם נאמנות מספיק לשלוט על איברים רובוטיים dexterous או ליצור דיבור טבעי אותות קורטיים.לדוגמה, 128-ערוצי יוטה ממודגם ב -30 k עם 16 סיביות החלטה מייצרת בערך 61 Mbps של נתונים גולמיים.עם יכולת של 5G, חדר הראש נשאר טעות תיקון וללא אות להקריב.

Ultra-Low Latency for Closed-Loop Systems

ביישומים נוירו-פרוטטיים כגון שליטה אסטטית או נטיות חזותיות, העיכוב בין פעילות עצבית לבין פעולת המכשיר חייב להיות מתחת 10 מ' כדי לשמור על נוזל טבעי ולמנוע תסכול של המשתמש. כתובות ה-URL של 5G תכונה מטרות מקצה לקצה - עד קצה ל-end latities של 1 מ's או פחות על ממשק רדיו.זה הוא סדר של שיפור גודל על פני 30G -50- 50 של רוחב ותנאים נוחים יותר מאשר בתנאי Wi-Fi נוחים יותר מאשר 15-20.

שקיפות נמוכה כזו חיונית גם ל"בידוד" BCIs כי הן שיא והן לעורר רקמות עצביות - לדוגמה, גירוי מוח עמוק שדרה של פרקינסון או אפילפסיה.היכולת לזהות דפוסים עצביים פתולוגיים ולספק גירוי מתקן בתוך חלון חד-צדדי משפר את יעילות הטיפולית ולהפחית תופעות לוואי.

קישוריות למכשירים מרובים ורשת Slicing

5G תומך עד מיליון מכשירים לקילומטר רבוע, המאפשר פריסות צפופה של חיישני עצביים בהגדרות קליניות ומחקריות.במעבדת בית חולים או Neuroscience, מאות שתלים, ראשי EEG עונדים, ויחידות עיבוד חיצוניות יכולות להיות סטריסטיות ללא התערבות. יתר על כן, יכולת הפחתת הרשת של 5G מאפשרת למפעילים לבצע רשתות וירטואליות ייעודיות עם ביצועים "פרוזה עצבית" יכול לקבל עדיפות קפדנית של נתונים, וספקית אבטחה, עם יכולת בידוד קפדנית של לחץ דם, ומערכת עצבית, עם יכולת ניתוח חומרים עצבית, עם יכולת ניתוח קפדנית, ומערכת העצבים.

אינטגרציה מחשוב

ארכיטקטורות 5G משלבות באופן טבעי Multi-access Edge מחשוב (MEC), שבו משאבים חישוביים ממוקמים בקצה הרשת, קרוב למשתמש.עבור העברת נתונים עצביים, MEC יכול לשמש כשכבת עיבוד ביניים שפועלת בסינון, מיצוי תכונה, ומחיקת אלגוריתמים לפני שליחת פקודות פעולה רק לשרתי ענן או לאסתטיקה.

יישומים טרנספורמטיביים ניתנים להשגה על ידי 5G-Powered Neural

מעקב נוירולוגי בזמן אמת והתערבות

עבור חולים עם אפילפסיה, אלקטרונספילוגרפיה מתמשכת (EEG) ניטור הוא קריטי לזיהוי התקפים והתערבות בזמן. מכשירים הנוכחי אמבולטוריים EEG לאחסן נתונים באופן מקומי עבור סקירה מאוחרת יותר, אבל רוחב הפס הגבוה של 5G וכבדות נמוכה מאפשרים הזרמת בזמן אמת לאלגוריתמים מבוססי ענן שיכולים לגרום התראות או גירוי חשמלי בתוך מילימטריים.

המונחים: high-Performance Neuroprosthetics

בקרה אלחוטית של גפיים סטטיות התקדמה באופן משמעותי, אבל משתמשים לעתים קרובות מדווחים על חוסר תחושה טבעית ותחושה קלומזת עקב צווארי בקבוק נתונים.עם 5G, משוב חושי - מתח, טמפרטורה, מרקם - יכול להיות מקודד מן החיישנים של הפרוטזה מועבר חזרה ל ⁇ חושית או עצבי היקפית בקצב זה תואם את התפיסה הטבעית.

ממשקי המוח לתקשורת

עבור אנשים עם תסמונת נעולה או ALS מתקדם, BCIs מציע דרך לצטט מילים או סמלים נבחרים באמצעות אותות עצביים לבד. אלחוטי הנוכחי BCIs באמצעות Bluetooth סובלים ממגבלות כי cap הקלדה מהירות בערך 8-10 תווים לדקה. היכולת הגבוהה של 5G יכולה לתמוך הזרמת מאות אלקטרודות בו זמנית, המאפשרת כתיבת יד (אשר הוכח להשיג מעל 60 תווים לדקה) עם חיבורים אמיתיים מבוצעים בזמן אמת.

מציאות רבודה ומציאות וירטואלית עם אינפוט

שילוב 5G עם אובייקטים לא פולשניים או פולשניים מינימליים של BCIs יכול ליצור חוויות AR / VR ויזואליות שבו משתמשים שולטים avatars או אינטראקציה עם אובייקטים וירטואליים באמצעות מחשבה לבד.ההההה הנמוכה של 5G היא חיונית עבור synSyncizing פקודות עצביות עם משוב חזותי - כל עיכוב בולט מוביל למחלות או אובדן נוכחות.

אתגרים בדרך לאימוץ קליני וצרכני

למרות הבטחתו, שילוב 5G עם העברת נתונים עצבית מול כמה מכשולים בלתי ניתנים לעצימה הדורשים מאמץ מתואמת על פני הנדסה, ביולוגיה ותקנה.

אבטחת מידע ופרטיות

נתונים ניליים הם בין המידע האינטימי והרגיש ביותר שאדם יכול לייצר.לעביר אותו ברשת ציבורית – אפילו רשת וירטואלית של 5G – מעוררים חששות לגבי ⁇ , זיהוי מחדש, ומניפולציה זדונית.החוק הגנת הנתונים הכללי של האיחוד האירופי (GDPR) מסווג נתונים רגישים כגון "מידע רגיש", והגנה דומה מתעוררים בתחומי שיפוט אחרים.

חומרה מינימלית וכוח

מכשירים לא מותאמים צריכים להיות קטנים מספיק כדי למזער את הנזק רקמות ולהתאים את המיקום בגולגולת או בעמודה השדרה, אך חזקים מספיק כדי ליצור ולהעביר אותות באמצעות חישוב גבוה ברמות כוח מילימטר 5G, במיוחד אלה הפועלים מעל 24 GHz, לצרוך באופן משמעותי יותר כוח מאשר משדרי פס פשוטים יותר.חוקרים מפתחים מורכבות הנדסת חשמל נמוכה 5G מודם, אבל להשיג מערכת שלמה תחת 5MW - מטרה משותפת כדי למנוע מגבלות סוללה או לחץ על פני השטח.

בטיחות ביולוגית וזמינות ביולוגית

חשיפה לטווח ארוך לרדיו ⁇ שדות אלקטרומגנטיים, במיוחד בתדרים גליים של מילימטר בשימוש ב-5G, עדיין לא מובנת לחלוטין למכשירים מושתלים עמוק.אפקטים הירומאליים הם דאגה עיקרית: הכוח המוגבר הדרוש לשידור 5G יכול להעלות טמפרטורות מקומיות מעבר לסף בטוח (עלייה של פחות מ 1 מעלות צלזיוס נחשבת בדרך כלל מקובל).

גישה בלתי-וודאית וספקטרום

שתלים רפואיים פועלים כיום בלהקות ייעודיות, מאומתות (למשל, MICS ב-402–405 MHz) 5G מכשירים חולקים את הספקטרום עם משתמשים מסחריים אחרים, מה שמגביר את הסיכון להפרעות שעלולות לשבש קשרים עצביים.מחקרים דו-קיום של ספקטרומסטרום נדרשים, וגופים רגולטוריים כגון ועדת התקשורת הפדרלית של ארה"ב (FCC) והנציבות האירופית עשויה לדרוש אישורים חדשים ל"מחייבים עבור שירותים אלחוטיים"לימים"ל, בנוסף, בנוסף, עמידה על ידי מערכת ההפעלה האלחוטית (שירות אלחוטית).

תחזית לעתיד: מ-5G ועד 6G וה- Neuro-Cloud

בעוד 5G רק מתחיל להשתלב בממשקים עצביים ניסיוניים, החוקרים כבר מחפשים קדימה 6G, אשר מבטיח תדרי terahertz, אורכי גל תת-מילימטר, ואפילו לא פחות latencies. 6G יכול לאפשר שיעורי נתונים אלחוטיים מעבר 100 Gbps, המסוגל לשדר תמונות עצביות ברזולוציה גבוהה (למשל, מאולטרסאונד פונקציונלי או הדמיה אופטית) בזמן אמיתי.

חזון משכנע אחד הוא "נוירו-ענן" - מערכת מחשוב מבוזרת שבה עיבוד יחיד לפני הספירה לשרתים קצה החולקים מודלים מאומנים עבור תנועה מרתיעה, דיבור או רגש. מחשוב קצה של 5G הוא אבן מזרז; 6G יכול לעשות את זה חלקה, עם קוצר רוח נמוך מספיק כדי לתמוך בתקשורת "מוח-ל-in-in" בין אנשים על פני הרשת.

אזור מתפתח נוסף הוא השימוש של משטחים אינטליגנטיים הניתנים להגדרה מחדש (RIS) כדי לזהות אותות עצביים סביב מכשולים, שיפור האמינות הקישור עבור שתלים עמוק בתוך הגוף.אלה meta-surfaces ניתן לפרוס בבתי חולים ובתי חכמים כדי להבטיח כיסוי רציף מבלי לדרוש את המשתמש לשמור על אוריינטציה מסוימת יחסית לתחנת בסיס.

שיקולים אתיים וסוציאליים

ככל שהנתונים העצביים הופכים להיות יותר ויותר נוקשים ברשתות אלחוטיות, שאלות בעלות על נתונים, חירות קוגניטיבית והטיה אלגוריתמית הופכות לדחוף. האם לאדם יש את הזכות "לנתק" מהרשת העצבית?מי שולט בנתונים שנוצרו על ידי השתל מוח – המשתמש, יצרן המכשיר, או מפעיל הרשת?

יתר על כן, ניתן להחמיר את ההתפלגות הדיגיטלית: אנשים עשירים עשויים לקבל גישה ליכולות קוגניטיביות או מוטוריות משופרות באמצעות כבל BCIs, בעוד אחרים נותרו מאחור.הבטחת גישה שוויונית לממשקים עצביים המופעלים על ידי 5G ידרוש התערבות מדיניות ושותפויות ציבוריות-פרטיות, בדומה לאלה שהביאו פס רחב לקהילות מוחלשות.

מסקנה

טכנולוגיית 5G יש פוטנציאל עצום לקדם העברת נתונים עצביים מכלי מחקר נישה למציאות קלינית וצרכננית הזרם המרכזי. על ידי הצעת שיעורי נתונים גבוהים יותר, שקיפות אולטרה נמוכה, קישוריות מסיבית ושילוב מחשוב קצה, 5G מטפל במגבלות ארוכות רוחב פס ותגובה בזמן אמתית, יישומים החל מטיפול אפילפסיה סגורה ועד לנאומים גבוהים ו- Immersive AR / I הם כעת אתגרים בתחום ההגנה הביולוגית, אך ורק כדי להבטיח אתגרי אבטחה.