亿德体育《流浪地球2》中,科學家進行數字生命實驗,通過連接大腦的電極片將思維意識上傳到計算機中。這雖然是科幻的電影橋段,但在現實中,人與計算機互連正在成為可能,腦機接口(BCI)正逐漸走進我們的生活。
“國內從事腦科學的科研人員數以萬計,適用於腦機接口的腦疾病診斷病人更是幾千萬。”腦虎科技創始人兼CEO彭雷表示,作為底層核心技術,隨著人工智能、神經生物學、醫療科技以及政策的不斷進步,腦機接口技術逐步從實驗階段走向產業化落地。
基於多年的技術儲備及廣闊的市場前景,2021年,中國科學院上海微系統所副所長陶虎攜手中科大本科同學彭雷,聯合創立了上海腦虎科技——一家通過柔性腦機接口技術來保護及探索大腦的生命科技公司。同年,企業自研的“微創植入式高通量柔性腦機接口技術”榮獲2021年世界人工智能大會最高獎項SAIL獎,與華為盤古大模型共同入選“鎮館之寶”。
在未來健康這一競爭激烈的新賽道上,腦虎科技獨辟蹊徑,首度將中國傳統材料——蠶絲應用於腦電極的植入中,開發了蠶絲蛋白微創植入技術。這一剛柔相濟的“中國式創新”,突破了腦機接口臨床應用的一個關鍵瓶頸。
彭雷表示,基於蠶絲蛋白可控降解特性,將電極浸涂蛋白實現暫時硬質化,植入后蛋白溶解電極恢復柔性,無需外加引導裝置,通過電極微創植入,可免去大范圍開顱帶來的傷害,有效地解決了神經電極在植入時產生創傷大的問題。此外,使用神經電極精准定位技術,可自動植入並繞過血管,從而避免進一步損傷。而且,植入后與大腦組織的排異反應也較小,安全程度高。
“馬斯克的植入方式是制造一個名為‘縫紉機’的機器人,用硬質的鎢針帶著柔性電極插入大腦,再把針拔出來,線留在裡面。而我們正在探索的方式亿德体育,是用固化的蠶絲蛋白液包裹電極植入大腦,插到定點位置后,蠶絲蛋白慢慢降解,僅留下電極。”
彭雷用“留劍融鞘”一詞來解釋這一獨特專利,他說:“可以這麼理解,以電極為劍,用蠶絲蛋白做劍鞘,插入之后劍鞘融化,隻留下劍本身。”
腦虎科技主要面向的市場有兩個,一個是以“腦計劃”為依托的科研市場,主要是助力“腦計劃”的基礎研究工具平台﹔另一個是明確醫學價值的醫療市場,針對明確的適應症如漸凍症、高位截癱、失明等。
“我們實行的是科研團隊跟商業化團隊的‘雙軌制’推進技術發展,屬於產學研合作模式。”彭雷表示,“雙軌制”的商業模式之下有效結合了中科院上海微系統所的科研能力和腦虎科技的商業人才優勢。
在今年世界人工智能大會上,腦虎科技發布了七項橫跨學術、臨床及商業化的科技成果,包括多型號柔性電極、自動化科研手術機器人以及高通量神經信號採集分析系統等。
其中,兩項科研成果的實驗對象分別是腦虎科技的動物員工:2歲的拉布拉多犬尼奧和7歲的恆河猴悟空,他們分別完成了腦機接口的電極植入手術。尼奧成功實現運動解碼,悟空則成功實現通過意念打游戲的實驗效果。通過兩項動物實驗顯示,腦虎科技目前已實現了腦機接口系統從電極制備、信號採集、神經解碼的全鏈條100%自研。
此外,腦虎科技首次在顳葉難治性癲癇患者上成功開展了柔性神經電極人體臨床試驗,實現單神經元放電信號記錄。
“如何最大限度地利用大腦和最大限度損傷大腦之間取得平衡是腦機接口的核心技術難點。”彭雷指出,這項實驗存在以下難點:手術室各種監護設備帶來的噪聲很大,要做到如何記錄高質量的腦電信號,記錄系統的排噪能力是有很大挑戰的﹔植入體在術中的記錄時間有限,如何有效記錄到單神經元,又是一大挑戰。
“在實驗過程中,我們植入時盡可能減少損傷,此外利用高通量柔性電極實現高質量採集。”彭雷表示,這次實驗使用了腦虎科技的深部電極+腦電儀跟軟件來完成整個術式,是非常有重大突破的一次臨床進展,也達到了有效性跟安全性的初步驗証。
這項實驗的成功,意味著接下來可以進一步開展柔性神經電極臨床長期在體記錄,實現漸凍症患者運動功能重建和語音合成。彭雷表示,后續腦虎科技會繼續圍繞這個場景做更多的科研臨床嘗試亿德体育,這是在深部電極重要的科研成果。
目前,腦虎科技擁有近百位涉及醫療器械、芯片硬件、軟件算法、材料、醫學等不同背景的人才,形成了一支適應腦機接叉學科特點的核心研發團隊。其中研發人員60%,碩士及以上人員佔比70%,80后、90后是絕對主力。
至於未來腦機接口將走向何方?彭雷表示,無論是侵入式亿德体育、非侵入式,都會具備多方向可延展的想象空間,好比蜂窩網格一般,逐步滲透到大家熟悉的領域,打造BCI+的生態圈,讓腦科學也像AI賦能千行百業亿德体育,如同世界人工智能大會上涉及到的腦機+類器官、腦機+脊髓等,終將會形成一座閉環的神經橋。腦機接口的未來有無限可能,生態圈的邊界需要不斷探索。
“人類大腦是宇宙中目前已知最復雜的事物,探索大腦本身是一項非常艱巨且充滿挑戰的事業。腦機接口又是一個涉及芯片、半導體、生物材料、算法等交叉學科的復雜的系統。”陶虎認為,未來,面臨著如何最大限度地利用大腦和最低限度地損傷大腦的核心挑戰。未來,也可能會遇到海外技術管制、倫理問題等瓶頸和挑戰。”
陶虎表示,腦機接口是在做把病人變回正常人的過程,這就意味著要做更多的臨床研究,做更大的重大腦疾病診治。而腦機接口的天花板,就是想把正常人變成超人亿德体育,希望在未來通過腦機接口把大腦跟外界更加強大的感知器和執行器聯合起來,把人的五官、四肢做更多的延續。
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