《電子技術(shù)應(yīng)用》
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腦機(jī)接口的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

2023-01-27
來源:電子發(fā)燒友

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/李彎彎)腦機(jī)接口技術(shù)是大腦和外部設(shè)備之間的橋梁,,利用多個零部件和復(fù)雜的算法,分析大腦信號并提取大腦運(yùn)作模式,然后由一個設(shè)備進(jìn)行記錄和解析,。這使人類有能力在不受身體限制的情況下直接控制機(jī)器,。

最初,,腦機(jī)接口的開發(fā)是為了幫助癱瘓者利用他們的思維來控制輔助設(shè)備,。越來越多的科技創(chuàng)業(yè)公司以大腦為研發(fā)目標(biāo),最終目的是將人腦與計(jì)算機(jī)界面連接起來,。

腦機(jī)接口的發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年,,腦機(jī)接口已經(jīng)成為全球研究最熱門的方向之一。在國外,,2016年7月,,美國埃隆·馬斯克成立Neuralink公司致力于研發(fā)超高帶寬的腦機(jī)接口系統(tǒng)。 2019年4月,,美國加州大學(xué)舊金山分校在志愿者大腦運(yùn)動腦區(qū)植入電極,,完成了解碼腦電波、在大腦中直接合成語音等工作,;2019年10月,,法國通過硬膜外皮質(zhì)腦電(ECoG)與無線傳輸操控外骨骼,幫助癱瘓病人成功實(shí)現(xiàn)緩慢行走與暫停等動作,。

在國內(nèi),,浙江大學(xué)最早成立了侵入式腦機(jī)接口研究團(tuán)隊(duì),主要聚焦感知—運(yùn)動環(huán)路,遵循從單向到雙向再到閉環(huán),、從大鼠到猴子再到臨床的研究路線,形成了一批具有先發(fā)優(yōu)勢的標(biāo)志性成果,。 比如,,2014年9月,浙江大學(xué)完成了國內(nèi)首例以臨床病人意念控制機(jī)械手的研究,,準(zhǔn)確穩(wěn)定地記錄到病人運(yùn)動決策及運(yùn)動精細(xì)控制的腦部表征數(shù)據(jù),。2020年1月,浙江大學(xué)發(fā)布了國際首例高齡志愿者臨床侵入式3D運(yùn)動控制閉環(huán)腦機(jī)接口系統(tǒng),,以72歲高齡志愿者腦控機(jī)械手完成了喝水,、進(jìn)食、握手等動作,。

持續(xù)性的研究進(jìn)展讓腦機(jī)接口的應(yīng)用更具可能性,。2022年6月中旬,一項(xiàng)來自東南大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究表明,,科學(xué)家利用非侵入式的腦機(jī)接口,,實(shí)現(xiàn)了用意念控制超材料,并將意念遠(yuǎn)程傳輸,。意念控制是影視作品中經(jīng)久不衰的經(jīng)典場景,。

從中國武俠劇中的御劍飛行,到電影《阿麗塔》中人機(jī)融合極為普遍的未來世界,,無不折射著人類對通過機(jī)器拓展能力邊界的期待,。

腦機(jī)接口技術(shù)讓意念控制不再止于想象、科幻,。據(jù)了解,,作為生命科學(xué)和信息技術(shù)交叉融合的前沿顛覆性技術(shù),腦機(jī)接口歷經(jīng)近50年發(fā)展,,已經(jīng)走過科學(xué)幻想和概念驗(yàn)證階段,,正逐漸通過臨床研究應(yīng)用于癲癇等腦部疾病治療,以及讓視障人士重返光明,,讓殘障人士,、癱瘓病人重新獲得運(yùn)動能力等。 日前,,從中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所獲悉,,該所研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)新型植入式水凝膠電極,實(shí)現(xiàn)了大鼠腦信號長期實(shí)時跟蹤監(jiān)測,,為診療腦部病變提供新思路,。將這種水凝膠電極植入大鼠腦部不同區(qū)域,實(shí)現(xiàn)對大鼠腦信號連續(xù)2個月實(shí)時跟蹤監(jiān)測,,獲得大鼠清醒,、睡眠,、疼痛等狀態(tài)下腦信號信息,初步實(shí)現(xiàn)了大鼠腦信號與生理狀態(tài)的關(guān)聯(lián)分析,。

合作團(tuán)隊(duì)利用光遺傳神經(jīng)調(diào)控技術(shù)對大鼠右腦運(yùn)動皮層神經(jīng)調(diào)控,,進(jìn)而控制軀體與前爪運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動皮層神經(jīng)信號監(jiān)測與肢體運(yùn)動行為的關(guān)聯(lián),。

張強(qiáng)表示,,該技術(shù)在治療偏癱和半身不遂等疾病方面具有潛在應(yīng)用價值。相關(guān)研究成果已經(jīng)在2023年1月國際刊物《先進(jìn)材料》上刊發(fā),。下一步團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)圍繞腦神經(jīng)信號長期監(jiān)測與調(diào)控技術(shù)開展研究,,向診療腦部病變和神經(jīng)退行性疾病的方向努力。

腦機(jī)接口的發(fā)展趨勢

隨著腦機(jī)接口在技術(shù)上的不斷突破,,當(dāng)前腦機(jī)接口正呈現(xiàn)出幾個明顯的發(fā)展趨勢,。

一是資本正在瘋狂投入該賽道,腦機(jī)接口將迎來蓬勃發(fā)展期,。

在過去不久的12月份,,就有多家腦機(jī)接口企業(yè)完成融資。12月28日,,腦虎科技NeuroXess完成數(shù)億元人民幣A輪融資,。腦虎科技成立于2021年11月,是一家國內(nèi)領(lǐng)先的通過柔性腦機(jī)接口技術(shù)來保護(hù)及探索大腦的生命科技公司,。

腦虎科技聚焦最具想象空間的侵入式腦機(jī)接口設(shè)備研發(fā),。公司自主研發(fā)微創(chuàng)侵入式高通量柔性腦機(jī)接口技術(shù),打破國外技術(shù)壟斷,,并在柔性電極,、生物材料、芯片設(shè)計(jì),、核心算法,、數(shù)字腦庫、植入方式,、臨床應(yīng)用及生態(tài)建設(shè)等多環(huán)節(jié)全面領(lǐng)先,。

12月28日,腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)公司階梯醫(yī)療宣布完成數(shù)億元A輪融資,?;谠诔嵝陨窠?jīng)界面領(lǐng)域的積累,階梯醫(yī)療于2021年8月由腦機(jī)接口,、神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的數(shù)名科學(xué)家聯(lián)合創(chuàng)立?,F(xiàn)階段階梯醫(yī)療的超柔性電極技術(shù),已實(shí)現(xiàn)清醒獼猴在體長期埋植,針對多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床科研試驗(yàn)也在推進(jìn)中,。

12月15日,,腦機(jī)接口創(chuàng)企Synchron宣布完成7500萬美元融資,投資者包括亞馬遜創(chuàng)始人杰夫·貝索斯(Jeff Bezos),、微軟聯(lián)合創(chuàng)始人比爾·蓋茨(Bill Gates)旗下投資公司,。Synchron是埃隆·馬斯克(Elon Musk)所創(chuàng)Neuralink的主要競爭對手之一。

Synchron專注于為癱瘓患者恢復(fù)某些機(jī)體功能,,利用腦機(jī)接口(BCI)設(shè)備Synchron Switch,患者可以僅憑思維移動屏幕上的計(jì)算機(jī)光標(biāo),。這種腦機(jī)接口設(shè)備可以在微創(chuàng)手術(shù)中通過頸靜脈植入大腦運(yùn)動皮層表面的血管,,過程類似于插入冠狀動脈支架。而Neuralink等公司使用的是侵入性更強(qiáng)的技術(shù),,包括穿透頭骨,。

Synchron的首席執(zhí)行官Thomas Oxley表示:“永久植入式腦機(jī)接口產(chǎn)品的首次患者植入是腦機(jī)接口領(lǐng)域的一個重要里程碑,我們正在為美國500萬癱瘓患者推進(jìn)我們的解決方案,?!?/p>

成立于2016年的Synchron過去幾年不斷取得突破。2016年,,該公司使用其產(chǎn)品Stentrode制作了第一個來自羊血管內(nèi)的血管ECoG的大腦記錄,;兩年后,Synchron展示了如何通過血管實(shí)現(xiàn)局部的大腦刺激,,而不需要開腦手術(shù),;2021年,該公司展示了兩個植入支架的人類如何能夠控制外部設(shè)備,,僅通過使用他們的思想來開發(fā)電子郵件通信,、短信以及網(wǎng)上銀行。

二是腦機(jī)接口產(chǎn)品已經(jīng)在人體試驗(yàn)中取得成功,,預(yù)計(jì)接下將會有更多跨越性的突破,。2022年5月,Synchron在美國的一項(xiàng)臨床試驗(yàn),,招收了第一位病人,,經(jīng)過試驗(yàn)成功,該公司的植入物有望獲得監(jiān)管部門批準(zhǔn),,用于截癱者和經(jīng)歷癱瘓的人的商業(yè)使用,。

12月15日,腦機(jī)接口平臺技術(shù)企業(yè)博??到胀瓿蓴?shù)億元C輪融資,。博睿康創(chuàng)始人兼CEO黃肖山表示,公司戰(zhàn)略和核心思路始終明確,,一是要將腦機(jī)的技術(shù)做強(qiáng),,提高腦機(jī)接口系統(tǒng)的信息傳輸率;二是提升技術(shù)的基礎(chǔ)上,,在多個場景里開展落地應(yīng)用,。 小結(jié) 當(dāng)前腦機(jī)接口的發(fā)展仍處于早期階段,還有很多問題有待解決,,不過可以看到過去這些年,,國內(nèi)外相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)不斷取得突破,這些進(jìn)展給腦機(jī)接口未來在更多領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用帶來了更大的可能性,。在這樣的背景下,,資本瘋狂進(jìn)入該領(lǐng)域,而這將會給企業(yè)提供強(qiáng)大的發(fā)展動力,,期待接下來腦機(jī)接口將會在企業(yè)和資本的共同努力下取得更大的突破,。



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