論文の概要: Are Brain-Computer Interfaces Feasible with Integrated Photonic Chips?
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.01249v1
- Date: Mon, 22 Nov 2021 04:06:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-07 04:04:43.665197
- Title: Are Brain-Computer Interfaces Feasible with Integrated Photonic Chips?
- Title（参考訳）: 統合フォトニックチップで脳-コンピュータインタフェースは可能か?
- Authors: Vahid Salari, Serafim Rodrigues, Erhan Saglamyurek, Christoph Simon,
Daniel Oblak
- Abstract要約: 本稿では,脳-コンピュータインタフェース(BCI)の根本的に新しいアイデアの実現可能性について検討する。
BCIは、生きた脳と外部機械との間の一方的または双方向のコミュニケーションを可能にするコンピュータベースのシステムである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The present paper examines the viability of a radically novel idea for
brain-computer interface (BCI), which could lead to novel technological,
experimental and clinical applications. BCIs are computer-based systems that
enable either one-way or two-way communication between a living brain and an
external machine. BCIs read-out brain signals and transduce them into task
commands, which are performed by a machine. In closed-loop, the machine can
stimulate the brain with appropriate signals. In recent years, it has been
shown that there is some ultraweak light emission from neurons within or close
to the visible and near-infrared parts of the optical spectrum. Such ultraweak
photon emission (UPE) reflects the cellular (and body) oxidative status, and
compelling pieces of evidence are beginning to emerge that UPE may well play an
informational role in neuronal functions. In fact, several experiments point to
a direct correlation between UPE intensity and neural activity, oxidative
reactions, EEG activity, cerebral blood flow, cerebral energy metabolism, and
release of glutamate. Here, we propose a novel skull implant BCI that uses UPE.
We suggest that a photonic integrated chip installed on the interior surface of
the skull may enable a new form of extraction of the relevant features from the
UPE signals. In the current technology landscape, photonic technologies advance
rapidly and poised to overtake many electrical technologies, due to their
unique advantages, such as miniaturization, high speed, low thermal effects,
and large integration capacity that allow for high yield, volume manufacturing,
and lower cost. For our proposed BCI, we make some major conjectures, which
need to be experimentally verified, and hence we discuss the controversial
parts, feasibility of technology and limitations, and potential impact of this
envisaged technology if successfully implemented in the future.
- Abstract（参考訳）: 本稿では,脳-コンピュータインタフェース(BCI)の革新的アイデアが,新たな技術,実験的,臨床応用に繋がる可能性について検討する。
bcisは、生きている脳と外部機械との双方向の通信を可能にするコンピュータベースのシステムである。
BCIは脳信号を読み出し、それらをタスクコマンドに変換し、マシンによって実行される。
クローズドループでは、機械は適切な信号で脳を刺激することができる。
近年、光学スペクトルの可視および近赤外領域内または近赤外領域のニューロンから、いくつかの超弱光が放出されることが示されている。
このような超弱光子放出(UPE)は細胞(および身体)の酸化状態を反映し、UPEが神経細胞機能において情報的役割を担っているという証拠が浮かび上がっている。
実際、いくつかの実験では、UPE強度と神経活動、酸化反応、脳波活動、脳血流、脳エネルギー代謝、グルタミン酸の放出の直接的な相関が指摘されている。
本稿では,UPEを用いた新しい頭蓋骨インプラントBCIを提案する。
頭蓋内表面に設置したフォトニック集積チップは,upe信号から関連する特徴を新たな形態で抽出できる可能性が示唆された。
現在の技術分野において、フォトニック技術は、小型化、高速化、低熱効果、高収率化、大量生産、低コスト化といった独自の利点により、急速に進歩し、多くの電気技術を追い越そうとしている。
提案したBCIについては,実験的な検証が必要であり,議論の的になっている部分,技術と限界の実現可能性,将来的な実装が成功すれば,この想定される技術の影響の可能性について論じる。
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