腦疾病的“希望之光”,2021世界人工智慧大會“腦機介面”新技術

7月8日上午,世界人工智慧大會(WAIC2021)在上海世博中心正式開幕,大會圍繞以“以人為本”的城市視角和人工智慧自身的進化視角,從產業和科學角度,向大眾展示了人工智慧進化對醫療、製造、教育、交通等方面帶來的突破性成就。

“腦機介面”作為“人機物”三元共融萬物感知的核心技術,被廣泛關注

腦疾病的“希望之光”,2021世界人工智慧大會“腦機介面”新技術

“腦機介面”,最早是埃隆·馬斯克旗下的Neuralink公司提出的,主要是透過一臺神經手術機器人,像微創眼科手術一樣安全無痛地在腦袋上穿孔,向大腦內快速植入晶片,然後透過 USB-C 介面直接讀取大腦訊號,甚至可以透過蘋果手機的應用程式進行控制。

“這是大腦研究的前沿領域,是腦疾病的‘希望之光’!”復旦大學腦科學研究院院長馬蘭表示,Neuralink的電極束很細(約是人發寬度的1/4),而且還很柔軟,這意味著他在手術中,被植入大腦後所造成的創傷將明顯的減少,能夠被植入更深的腦區,透過它可以蒐集大量的腦部資料,這對於人們瞭解大腦和醫學上對腦部疾病的治療將是巨大的推動。

腦疾病的“希望之光”,2021世界人工智慧大會“腦機介面”新技術

“人工智慧的發展會給人類大腦插上翅膀,”復旦大學附屬華山醫院副院長坦言,在人工智慧的飛速發展下,未來人工智慧或將與大腦是實現融合,而在這個過程中,如何確保研究方向符合人類利益,避免其產生的風險並加以控制是需要密切關注的。

據瞭解,馬斯克公司使用的柔性神經電極,每臺裝置有1024個通道,可以控制猴子玩遊戲,這在動物中是一個很好的例子。

這項技術在馬斯克在2020年展示關於腦機介面的最新成果的釋出會上有過展示。

手術機器人將最新版的Neuralink裝置植入接受過外科手術的實驗豬大腦中,植入過程中,腦機介面透過腦立體定向儀準確找到待植入的腦區,將電極在腦譜圖中的位置視覺化,利用自動手術機器人完成微創植入。

該技術實現了10微米的精度控制,最終植入尺度小於輸液針孔直徑;7分10秒的植入時長,也大大節約了注入的時間成本。

今年5月,美國斯坦福大學的一個團隊在人體上進行了一項臨床實驗。他們使用的腦機介面只有大約96個通道,並且使用硬電極。一名高位截癱患者參與了實驗。他透過思考合成字母,然後是單詞,最後是語言。

腦疾病的“希望之光”,2021世界人工智慧大會“腦機介面”新技術

在世界人工智慧大會之前,中科院上海微系統所也向記者展示了能夠用於臨床重大腦疾病診治和腦功能探索的免開顱微創植入式高通量柔性腦機介面,為解決漸凍症、高位截癱、癲癇等重大腦疾病開闢了新的思路。

據瞭解,這項免開顱微創植入式高通量柔性腦機介面系統主要包括前端柔性深部電極器件、後端腦電訊號採集傳輸模組、中端開關單元以及生物相容性封裝材料,是目前國內比較領先的技術之一,該技術在植入創傷、長期體內安全性等關鍵指標上已經達到甚至部分超越馬斯克的腦機介面公司Neuralink。

“我們用積體電路作為神經電極,單個器件的通道已經達到2640多個。此外,該裝置本身小於0。1毫米,與目前一般開口相比為釐米級,創傷小100倍至1000倍。臨床標準是小於0。5毫米的傷口被認為是人體自愈的。”

中國科學院上海微系統與資訊科技研究所副所長鬍濤研究員表示,無論是馬斯克公司使用的柔性電極植入術,還是斯坦福大學使用的硬電極植入術,都需要進行大規模開顱手術,創傷性非常大。但微系統研究所這次的方案是直接在顱骨開一個不到1毫米的洞,插入一個柔性電極,可以在短時間內軟化。

目前,該系統在30分鐘內可採集急性訊號,已在小鼠兔、猴等多種動物模型中應用,跟蹤穩定的神經訊號長達8個月。

下一步將是臨床試驗。

 腦機介面作為腦疾病治療的一項新興技術,已經站在了時代的風口,隨著科學的發展,關於腦機介面的技術構想都將成為現實