當(dāng)腦機(jī)接口走入生活 會(huì)為我們帶來哪些新可能？

“十五五”規(guī)劃

建議明確將腦機(jī)接口

作為前瞻布局的未來產(chǎn)業(yè)

作為交叉學(xué)科

腦機(jī)接口涉及神經(jīng)科學(xué)、材料、

芯片、AI、臨床醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域深度協(xié)同

經(jīng)過多年培育發(fā)展

正從實(shí)驗(yàn)室邁向臨床應(yīng)用

腦機(jī)接口將會(huì)為我們帶來

哪些新可能？

全植入無線腦機(jī)接口

完成首例臨床試驗(yàn)

近日，由我國科研人員自主研發(fā)的國內(nèi)首款、國際第二款內(nèi)置電池的全植入、全無線、多功能腦機(jī)接口產(chǎn)品，在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院成功完成首例臨床試驗(yàn)，為一名肩部以下完全不能動(dòng)的高位截癱8年的患者帶來了生活新希望。

畫面上這位年僅28歲的高位截癱患者，正在通過意念操控光標(biāo)，瀏覽網(wǎng)頁、游戲互動(dòng)等，還可以連接控制氣囊手套、智能輪椅、智能家居甚至人形機(jī)器人等多類物理設(shè)備。

上海腦虎科技有限公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家 陶虎：病人都能很好地通過他們的意念，跟這些物理設(shè)備進(jìn)行對(duì)接。這樣的話也可以從患者本身的意念世界到數(shù)字世界，也可以到我們真實(shí)的三維的物理世界。

作為國內(nèi)首款，全球第二款內(nèi)置電池的腦機(jī)接口產(chǎn)品，所有的核心模塊，包括電池都被完全植入患者體內(nèi)，體表沒有任何線纜接口，團(tuán)隊(duì)介紹，這是為了在物理層面避免外露系統(tǒng)可能導(dǎo)致的感染風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)還將無線供能與無線數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合，在日常生活中，患者無需連接或佩戴任何外部裝置，即可實(shí)現(xiàn)意念的實(shí)時(shí)交互。

上海腦虎科技有限公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家 陶虎：現(xiàn)在整個(gè)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊和無線供能模塊，包括電池，都是放在患者鎖骨下皮下胸前的一個(gè)裝置，它本身的安全性、它的發(fā)熱，可以更好控制。而且病人整個(gè)看起來，其實(shí)相當(dāng)于是植入一個(gè)隱形的腦機(jī)接口，這樣對(duì)病人的生活質(zhì)量和生存的尊嚴(yán)也有很好的提高。

團(tuán)隊(duì)介紹，下一步，他們還將擴(kuò)大臨床范圍，并重點(diǎn)研發(fā)針對(duì)失語癥患者的腦機(jī)接口應(yīng)用，幫助他們恢復(fù)語言功能上的缺失。

獨(dú)家探訪

侵入式柔性腦機(jī)接口電極工廠

近日，由我國科研人員自主研發(fā)的國內(nèi)首款、國際第二款內(nèi)置電池的全植入、全無線、多功能腦機(jī)接口產(chǎn)品，在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院成功完成首例臨床試驗(yàn)，為一名肩部以下完全不能動(dòng)的高位截癱8年的患者帶來了生活新希望。

記者手上拿著一個(gè)剛剛生產(chǎn)出來的腦機(jī)接口的柔性電極。它非常的輕薄柔軟，可以隨風(fēng)輕輕地?cái)[動(dòng)。在電極的前面，有三個(gè)小小的分叉，這就是未來會(huì)植入到患者腦中的電極。在這上面有128個(gè)電極點(diǎn)位，它探測(cè)的精度可以達(dá)到神經(jīng)元的單細(xì)胞級(jí)。如此細(xì)微又如此柔軟的柔性電極是怎么生產(chǎn)出來的？

柔性腦機(jī)接口的制造需要這幾步：

·第一步，給硅片涂覆柔性材料聚酰亞胺，烘烤后會(huì)形成絕緣層薄膜；

·第二步：光刻出神經(jīng)電路；

·第三步：鋪上納米級(jí)別的一層金屬黃金，構(gòu)建導(dǎo)電通路。

·第四步：將二維金屬平面雕刻成“三維電極”。

最后，就到了封裝區(qū)，將電極從“硅片”上取下，形成了柔性腦機(jī)接口電極。電極生產(chǎn)的整個(gè)過程就好像是在柔軟的豆腐上雕花。電路精度、厚薄程度得恰到好處，容不得半點(diǎn)瑕疵。可謂是融合了材料學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、工程等多領(lǐng)域、高度綜合交叉的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。

腦機(jī)接口手術(shù)機(jī)器人

30秒植入一根電極

對(duì)于侵入式腦機(jī)接口技術(shù)來說，植入的電極通道數(shù)越多，采集到的信號(hào)量越大，解析的內(nèi)容就越精準(zhǔn)。因此，相應(yīng)團(tuán)隊(duì)都在研發(fā)如何植入更多通道數(shù)的電極。如果只是植入兩三根電極，可以靠醫(yī)生操刀的手術(shù)完成，但是一旦植入的電極數(shù)量達(dá)到數(shù)十根，或者上百根，就需要更加安全精細(xì)的操作工具。這就涉及研發(fā)出一個(gè)快速植入電極的腦機(jī)接口機(jī)器人。跟隨記者，一起去探訪一個(gè)由北京腦科學(xué)與類腦研究所相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行的腦機(jī)接口手術(shù)機(jī)器人研發(fā)現(xiàn)場(chǎng)。

顯微鏡下，我們看到的就是被放大數(shù)倍后的柔性電極。每一根電極有數(shù)十個(gè)采集點(diǎn)位，來采集單細(xì)胞神經(jīng)元的信號(hào)。在電極的前端，有一個(gè)小孔，研發(fā)人員介紹，手術(shù)時(shí)，會(huì)用一根又細(xì)、又硬的鎢針“開路”。鎢針上的“小箭頭”穿過柔性電極前端小孔，帶著電極進(jìn)入腦組織，到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)位之后，鎢針退出，將柔軟的電極留在原位。

這個(gè)過程要操作的快且準(zhǔn)。能夠執(zhí)行這個(gè)手術(shù)操作的機(jī)器人，可以完全自主規(guī)劃、連續(xù)植入，在半個(gè)小時(shí)之內(nèi)就能完成上千通道腦機(jī)接口電極的植入手術(shù)。一根電極絲的植入時(shí)間最多只要30秒。

智冉醫(yī)療首席執(zhí)行官 宋麒：我們要實(shí)現(xiàn)非常精準(zhǔn)的微米單細(xì)胞級(jí)別的精準(zhǔn)植入，所以對(duì)我們整體系統(tǒng)的控制精度，包括植入精度都提出了很高的要求。我們會(huì)通過整體的多組的雙目相機(jī)，來對(duì)腦區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)的拍攝。同時(shí)智能規(guī)劃算法會(huì)在規(guī)劃的過程中自動(dòng)地避讓這些潛在的血管的位置，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的植入。

目前，這臺(tái)腦機(jī)接口手術(shù)機(jī)器人還處在研發(fā)階段，其效果還要經(jīng)過臨床驗(yàn)證，這些技術(shù)創(chuàng)新為我們展示了一個(gè)未來腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展的更多可能。

腦機(jī)接口

為盲人重建視覺感知

此前的腦機(jī)接口很多是應(yīng)用在運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)方面，那么用腦機(jī)接口能讓視障患者重新“看見”世界嗎？這種視覺的重建又是如何實(shí)現(xiàn)的？記者探訪了一個(gè)正在進(jìn)行相關(guān)研發(fā)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

記者測(cè)試了一個(gè)叫虛擬盲人的系統(tǒng)，它模擬了一個(gè)全盲患者未來通過腦機(jī)接口手術(shù)后，看到的世界。這些字母和物品的輪廓可以通過腦機(jī)接口，呈現(xiàn)在盲人的大腦里。實(shí)現(xiàn)這個(gè)視覺的重建，需要一個(gè)外置的攝像頭、一臺(tái)信號(hào)處理器，以及一個(gè)腦機(jī)接口電極。

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所副研究員 劉冰：我們是通過植入式腦機(jī)接口的方法，去幫助病人能夠重建視覺。我們看見這個(gè)世界，不光是眼睛看到，實(shí)際上是大腦看到的。現(xiàn)在就相當(dāng)于是在大腦當(dāng)中直接給予電刺激，模擬大腦看見世界的過程，通過一個(gè)外設(shè)攝像頭，去拍攝外部的景物，然后通過電刺激，讓大腦看到外部的攝像頭看到的景物。

專家介紹，在全球范圍內(nèi)，腦機(jī)視覺重建的探索已經(jīng)進(jìn)行了快50年，但進(jìn)展一直比較緩慢。核心的難點(diǎn)在于，由于大腦皮層本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。我們寫入的刺激信號(hào)，和最終大腦“看見”的圖像間，很難形成穩(wěn)定、一致的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

為了破解這個(gè)難題，團(tuán)隊(duì)引入了一種叫作“閉環(huán)反饋”的控制思路，通過一套自研的軟件，能實(shí)時(shí)看到刺激信號(hào)與大腦真實(shí)反映之間的偏差，再通過動(dòng)態(tài)算法，進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，一步步優(yōu)化，讓輸入信號(hào)和大腦進(jìn)行高效匹配。

目前，這套初級(jí)視覺重建系統(tǒng)可以將盲人的視覺感知提升到人類視力0.1的水平，對(duì)應(yīng)的就是視力表上最大的E。換算成我們看到的圖片，大概是32x32的光點(diǎn)像素陣列，可以大體勾勒出物體的邊緣線條，幫助盲人實(shí)現(xiàn)避障等基礎(chǔ)的視覺引導(dǎo)。

雖然目前，腦機(jī)接口重建視覺還需要在電極通道、算法精準(zhǔn)度、成像清晰度等多方面去提升，但腦機(jī)接口重建視覺，就好像給人類裝上了第三只眼，為我們感知世界提供了一個(gè)新路徑。團(tuán)隊(duì)介紹，未來，他們還將通過軟硬件等多種方式，不斷提升視覺體驗(yàn)，讓成像分辨率更高、視野更清晰。

來源：央視新聞客戶端

編輯：龍泉驛殘聯(lián)