Para cumplir con las restricciones de tasa de datos, potencia y disipación térmica de las interfaces cerebro-computador (BCI) intracorticales, Imec desarrolló un chip de telemetría compresiva neuromórfica (NCT) para reducir datos de forma continua, en tiempo real y sin pérdidas.

La arquitectura se apoya en dos innovaciones clave (Y. He et al., 2024) (P. Russo et al., 2026):

  • Adquisición de señal por send-on-delta, que reemplaza el muestreo tradicional a frecuencia de Nyquist por un esquema basado en eventos que solo genera datos cuando la señal neuronal cambia.
  • Un serializador AER ternario basado en paquetes (eSER), que agrupa esos eventos en paquetes compactos para una serialización eficiente y una transmisión determinista.

Juntos, estos bloques permiten al NCT eliminar datos redundantes, y así bajar los requisitos de potencia y ancho de banda de las BCI, preservando toda la información necesaria para reconstruir con alta fidelidad los disparos neuronales.

¿Por qué las neuronas permiten tanta compresión?

La mayoría de las neuronas corticales disparan con una frecuencia sorprendentemente baja, típicamente menos de diez hertz, es decir apenas unas pocas decenas de disparos por segundo (y a menudo aún menos). Esa dispersión inherente es una gran oportunidad para comprimir y reducir datos.

El muestreo tradicional a frecuencia de Nyquist captura señales a una tasa fija, habitualmente 20 a 30 kHz para sensado neuronal, sin importar si hay o no un evento neuronal en curso. Eso produce un flujo continuo de muestras, la enorme mayoría redundantes cuando las neuronas están en silencio.

El enfoque send-on-delta de Imec toma un camino distinto: en lugar de muestrear a intervalos fijos, genera datos solo cuando una señal cambia más allá de un umbral predefinido (Δ). La salida ya no es una forma de onda densa, sino un flujo disperso de eventos ricos en información. Esto trae varias ventajas: muchísimos menos puntos de datos (a menudo en un orden de magnitud), consumo mucho menor y necesidades de ancho de banda muy inferiores, mientras se capturan todos los disparos con alta fidelidad.

Una mejora clave de esta segunda generación es que la codificación opera por completo en el dominio digital: en vez de partir de voltajes analógicos crudos que pasan por un conversor analógico-digital de alto consumo, el sistema trabaja con una representación de estado digital que refleja los cambios significativos de la señal.

¿Cómo se transmiten esos datos dispersos?

El esquema send-on-delta produce flujos de datos irregulares, activados por disparos, lo que exige un método de comunicación capaz de manejarlos. Los protocolos de representación por dirección de evento (AER) son la solución habitual, pero los esquemas AER existentes muestran limitaciones en registros neuronales de alta densidad: cuando varios canales generan eventos a la vez, el AER clásico depende de arbitraje o de handshaking, que no escala bien y añade latencia impredecible. Además, los disparos neuronales tienen fuerte correlación espacial (un solo disparo puede aparecer en varios electrodos vecinos), y el AER tradicional serializa cada evento por separado, repitiendo información redundante.

Para superar esas limitaciones, Imec desarrolló un serializador basado en eventos (eSER) que combina send-on-delta con un protocolo AER ternario basado en paquetes, diseñado a medida para telemetría neuronal. Sus ventajas principales:

  • Transmisión serial dirigida por eventos, solo cuando hay actividad neuronal.
  • Agrupamiento espacial de eventos correlacionados: un paquete compacto en lugar de muchos mensajes pequeños, lo que reduce la sobrecarga del protocolo hasta en un factor de dos.
  • Sin necesidad de lógica de arbitraje ni de manejo de colisiones, un cuello de botella importante en el AER convencional.
  • Codificación ternaria multibit para reconstrucción sin pérdidas, con valores Δ, dirección del cambio e identificador de canal, capaz de reconstruir incluso disparos de baja amplitud, de hasta unos 31 µV.

Así, la solución de Imec resuelve los problemas de escalabilidad, complejidad, sobrecarga, latencia y potencia del AER tradicional alineando la comunicación con la verdadera naturaleza de las señales neuronales: dispersas, en ráfagas y espacialmente correlacionadas.