解決柔性腦機(jī)接口的核心挑戰(zhàn)，腦虎科技已實(shí)現(xiàn)人腦神經(jīng)元信號(hào)采集

腦機(jī)接口技術(shù)，作為腦科學(xué)發(fā)展中的一項(xiàng)重要突破，已成為大科學(xué)領(lǐng)域的第四個(gè)重要分支。這項(xiàng)技術(shù)不僅是人類腦機(jī)化的關(guān)鍵工具，也為科學(xué)研究貢獻(xiàn)了獨(dú)特的視角，特別是在工業(yè)界的應(yīng)用中更顯其價(jià)值。腦機(jī)接口系統(tǒng)本身極其復(fù)雜，它是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，融合了醫(yī)療器械、芯片、材料、算法、機(jī)器人、醫(yī)學(xué)、倫理、神經(jīng)科學(xué)和心理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，目標(biāo)是在最大程度地利用腦機(jī)接口的同時(shí)，最小限度地?fù)p傷大腦。

從行業(yè)發(fā)展的角度來看，2021年被認(rèn)為是腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在此之前，這個(gè)領(lǐng)域主要是由學(xué)術(shù)研究驅(qū)動(dòng)，每兩到三年就會(huì)出現(xiàn)一篇高影響力的學(xué)術(shù)論文，如《自然》雜志的封面文章，這些都是全球領(lǐng)域內(nèi)大科學(xué)家的開創(chuàng)性工作。然而，隨著馬斯克的公司在21年之后快速發(fā)展，包括動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展，腦機(jī)接口領(lǐng)域開始從學(xué)術(shù)研究轉(zhuǎn)向產(chǎn)業(yè)化。自21年以來，隨著一系列產(chǎn)業(yè)化公司的興起，這個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展開始加速，標(biāo)志著腦機(jī)接口產(chǎn)業(yè)化的啟動(dòng)年份。這種轉(zhuǎn)變反映了對(duì)整個(gè)行業(yè)發(fā)展的深刻判斷。

2023年12月21日，在由芯原股份主辦的第二屆南渡江智慧醫(yī)療與康復(fù)產(chǎn)業(yè)高峰論壇上，上海腦虎科技有限公司創(chuàng)始人、CEO彭雷進(jìn)行了《腦機(jī)接口——讓大腦連接未來》的演講分享。

柔性腦機(jī)接口的核心挑戰(zhàn)

目前市場(chǎng)上的侵入式腦機(jī)接口主要分為三個(gè)技術(shù)路線，經(jīng)過過去十年的發(fā)展，各自具有獨(dú)特的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。首先，硅基硬質(zhì)電極系統(tǒng)能夠同時(shí)記錄96個(gè)通道，主要應(yīng)用于臨床，需要開放手術(shù)進(jìn)行植入。第二種是血管電極系統(tǒng)，能夠記錄16個(gè)通道。第三種是柔性電極，具有三維記錄1024個(gè)通道的能力，代表了這些技術(shù)路線中的最新進(jìn)展。

硅基電極系統(tǒng)的技術(shù)路線自誕生以來已有十年歷史，目前全球范圍內(nèi)已有約50人接受了這種植入。在國內(nèi)，王躍明教授參與了其中一個(gè)案例的研究。而Neuralink公司的柔性深部電極技術(shù)通過手術(shù)機(jī)器人植入大腦，已經(jīng)獲得首次人體臨床試驗(yàn)的批準(zhǔn)。該公司曾在小豬身上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過解碼運(yùn)動(dòng)皮層來研究其運(yùn)動(dòng)信號(hào)和步態(tài)的關(guān)系，并于2021年在猴子身上進(jìn)行植入實(shí)驗(yàn)，成功讓猴子通過意念控制運(yùn)動(dòng)，甚至玩電子游戲。

對(duì)于柔性腦機(jī)接口的未來，彭雷認(rèn)為它面臨的核心問題包括高通量、低創(chuàng)傷和長期穩(wěn)定性。目前技術(shù)路線的通道數(shù)從16到1000不等，通道數(shù)越多意味著能夠讀寫的神經(jīng)元數(shù)量越多。雖然我們不可能記錄下800億個(gè)神經(jīng)元的所有活動(dòng)，但通道數(shù)的增加是必然的趨勢(shì)，腦機(jī)接口領(lǐng)域的發(fā)展類似于摩爾定律，預(yù)計(jì)每18個(gè)月可讀寫的神經(jīng)元數(shù)量將翻倍。此外，減少手術(shù)的創(chuàng)傷、實(shí)現(xiàn)更小的創(chuàng)口，甚至無需縫合，以及保證長期穩(wěn)定在體內(nèi)的功能，是這一領(lǐng)域需要長期解決的核心問題。

腦虎科技：推出腦機(jī)接口整體解決方案

彭雷，作為腦虎科技的聯(lián)合創(chuàng)始人之一，領(lǐng)導(dǎo)著這家專注于利用柔性腦機(jī)接口技術(shù)探索和保護(hù)大腦的生命科技公司。腦虎科技是由彭雷和陶虎博士（中科院上海微系統(tǒng)所副所長）創(chuàng)立的，體現(xiàn)了科學(xué)家與創(chuàng)業(yè)者的完美結(jié)合。公司成立于上海，成立時(shí)間僅兩年，已經(jīng)取得了顯著的進(jìn)展。

腦虎科技的核心技術(shù)包括高通量、高密度、超柔性的電極，這些都是利用光科技的MEMS工藝制造的。在植入技術(shù)方面，腦虎科技正在探索獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)路線，尤其是在深部電極的植入上，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中嘗試使用蠶絲蛋白這種深入鑲?cè)胄缘牟牧蟻戆嵝噪姌O，以實(shí)現(xiàn)先硬后軟的植入方式，這種方式旨在減少對(duì)血管的損傷。

腦虎科技已經(jīng)向市場(chǎng)推出了工業(yè)化的整體解決方案。這包括電極、三類醫(yī)療器械級(jí)的植入體、能實(shí)現(xiàn)高通量采集的芯片，以及可以實(shí)現(xiàn)視覺引導(dǎo)下微視導(dǎo)入的外端手術(shù)機(jī)器人。腦虎科技不僅注重硬件的開發(fā)，還非常重視軟件的開發(fā)。目前，腦科學(xué)領(lǐng)域尚未形成面向全球的開放源代碼和數(shù)據(jù)算法平臺(tái)，而腦虎科技希望打造這樣一個(gè)平臺(tái)。

彭雷介紹了兩個(gè)代表性的實(shí)驗(yàn)成果。第一個(gè)是在上海人工智能大會(huì)上首次公開的，他們使用自研的電極植入體和腦電算法平臺(tái)在兩歲的拉布拉多上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，成功解碼了運(yùn)動(dòng)區(qū)的腦電源區(qū)信號(hào)與步態(tài)的關(guān)系。第二個(gè)成果是在恒河猴上的實(shí)驗(yàn)，通過訓(xùn)練猴子打乒乓球，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其運(yùn)動(dòng)信號(hào)的精準(zhǔn)解碼。

腦虎科技還在華山進(jìn)行了漢語語調(diào)解碼的臨床實(shí)驗(yàn)，是首次將電極植入人腦并采集單個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)。

結(jié)語

“在今年2月份，腦虎科技第一次將電極植入人腦，并采集到單個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)，這一研究也獲得人工智能大會(huì)的最高獎(jiǎng)、MIT的獎(jiǎng)勵(lì)，也是目前這個(gè)領(lǐng)域中獲得獎(jiǎng)項(xiàng)估值最多的，融資也是融了3.3個(gè)億的人民幣現(xiàn)金，也是腦機(jī)接口領(lǐng)域融資最高的公司?！迸砝渍f到，“雖然腦虎科技目前只有兩年的時(shí)間，但我們也期待這套硬件、軟件、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的腦機(jī)接口這套能力能夠賦能更多科學(xué)家和醫(yī)療機(jī)構(gòu)，希望跟更多的小伙伴一起探索解開這個(gè)問題。”