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上海微系統(tǒng)所開發(fā)出微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口

2021/07/09
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與非網(wǎng)7月9日訊 2021世界人工智能大會(huì)開幕式上,中科院上海微系統(tǒng)所“免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口”獲得2021“卓越人工智能引領(lǐng)者”獎(jiǎng)項(xiàng)。

今年4月埃隆·馬斯克旗下腦機(jī)接口創(chuàng)業(yè)公司Neuralink公布了一段9歲獼猴玩乒乓球電子游戲的視頻一時(shí)間腦機(jī)接口再度成為熱議話題腦機(jī)接口是否會(huì)成為技術(shù)風(fēng)口?腦機(jī)接口是否真的會(huì)實(shí)現(xiàn)人類思想與超級(jí)計(jì)算機(jī)共生融合?

在上海,中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所(簡稱:上海微系統(tǒng)所)正在這一領(lǐng)域深度探索。近日,由上海微系統(tǒng)所自主開發(fā)的“免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口”揭開了神秘面紗。在上海微系統(tǒng)所的研究認(rèn)知中,腦機(jī)接口,連接的不僅是人腦與機(jī)器,更是健康與未來。

“免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口”可應(yīng)用于臨床重大腦疾病診治和腦功能探索,是解決漸凍癥、高位截癱、癲癇等重大腦疾病的重要手段,也是“人機(jī)物”三元共融萬物感知的核心技術(shù)。未來進(jìn)一步結(jié)合人工智能技術(shù),通過人腦與AI的融合來增強(qiáng)大腦功能。

上海微系統(tǒng)所副所長、主任陶虎說,大腦是人類最重要、最復(fù)雜的器官,也是最脆弱的器官,也是相對(duì)于其他動(dòng)物更具優(yōu)勢(shì)的器官,所以腦機(jī)接口技術(shù)的核心就是如何能夠充分發(fā)揮人腦的優(yōu)勢(shì)。

漸凍癥、高位截癱、癲癇、失明、失語等神經(jīng)疾病,歸根到底都是大腦異常放電引起的,腦機(jī)接口作為一個(gè)可以直接認(rèn)識(shí)腦、保護(hù)腦、修復(fù)腦、調(diào)控腦的渠道,最重要、最迫切的一個(gè)應(yīng)用,就是在臨床上。例如小朋友的自閉癥、中青年的抑郁與老年的癡呆、全年齡段的癲癇等等,腦機(jī)接口作為人類大腦和外界設(shè)備直接交流的渠道,在神經(jīng)疾病的手段方面會(huì)發(fā)揮直接作用。

具體來說,免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口系統(tǒng)分為前端柔性深部電極器件、中端轉(zhuǎn)接單元、后端腦電信號(hào)采集傳輸模塊、生物兼容封裝材料四部分。目前,該系統(tǒng)已應(yīng)用于鼠、兔、猴等多種動(dòng)物模型,并能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)后急性信號(hào)采集和長達(dá)8個(gè)月的穩(wěn)定神經(jīng)信號(hào)跟蹤。

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▲免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機(jī)接口系統(tǒng)組成部件

相比其他“腦機(jī)接口”技術(shù),上海微系統(tǒng)研究所在世界人工智能大會(huì)展示的技術(shù)有何不同?據(jù)陶虎介紹,他們這次獨(dú)創(chuàng)的技術(shù)可以把柔性的電極暫時(shí)硬化,這樣只需要開一個(gè)很小的孔,類似做針灸一樣直接放入腦袋里,而它到了腦后又會(huì)變軟,“這樣就可以避免開顱手術(shù),只做一個(gè)微創(chuàng)植入,創(chuàng)口非常小,最終植入尺度小于輸液針孔口徑。”目前,該高通量柔性腦機(jī)技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先,植入創(chuàng)傷、長期在體安全性等關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)達(dá)到甚至部分超越了馬斯克的腦機(jī)接口公司Neuralink。

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▲該系統(tǒng)已應(yīng)用于鼠、兔、猴等多種動(dòng)物模型

人工智能的終極不是人工智能,而是人工智能跟人類智能的結(jié)合。

腦機(jī)接口作為一個(gè)大腦和萬物互聯(lián)的渠道,是一個(gè)賦能技術(shù),可以真正發(fā)揮人類大腦優(yōu)勢(shì),把萬物互聯(lián)起來。陶虎認(rèn)為,在物聯(lián)網(wǎng)之后,是“腦聯(lián)網(wǎng)”,實(shí)現(xiàn)“腦聯(lián)萬物”“腦聯(lián)腦”。成年人的大腦大概有800多億個(gè)神經(jīng)元,每一個(gè)神經(jīng)元都跟周圍成千上萬的神經(jīng)元彼此之間有交互,形成了一個(gè)巨大的網(wǎng)絡(luò),相當(dāng)于一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī),通過腦機(jī)接口可以把人類的“超算”跟萬物連接在一起。

目前腦機(jī)行業(yè)熱度不減,公開數(shù)據(jù)顯示,2018年以來國內(nèi)腦機(jī)接口行業(yè)融資不斷增多,如專注腦機(jī)接口系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備研發(fā)的博瑞康在2021年3月獲得紅杉中國領(lǐng)投的上億元B輪融資,NeuraMatrix獲得由經(jīng)緯中國數(shù)百萬美元Pre-A輪融資,腦機(jī)交互企業(yè)腦陸科技在2020年12月獲得1億元A輪融資。

對(duì)于行業(yè)目前的競爭狀態(tài),盧樹強(qiáng)表示,首先腦機(jī)接口行業(yè)特別大,相對(duì)“競爭者”,更合理的稱謂應(yīng)是“行業(yè)推動(dòng)者”,“市場那么大,哪來那么多的競爭?”其次,盧樹強(qiáng)表示,腦陸科技從2018年開始啟動(dòng)了自有的腦機(jī)接口芯片的研發(fā)計(jì)劃,距今已研發(fā)了三年多的視角,更多是在進(jìn)行芯片設(shè)計(jì),以及整個(gè)布局與小規(guī)模的測(cè)試和留片,但是大規(guī)模的生產(chǎn)是通過委外的方式進(jìn)行。

具體在高精度芯片領(lǐng)域,盧樹強(qiáng)表示目前腦陸科技主要與清華大學(xué)集成電路學(xué)院進(jìn)行腦機(jī)芯片的合作研發(fā),而低精度芯片主要是自研。“面對(duì)不同的場景,腦機(jī)芯片的場景要求并不一樣,所以整體是成體系化的情況。”未來,盧樹強(qiáng)稱,隨著整個(gè)業(yè)務(wù)場景與整體需求的擴(kuò)展,腦陸科技將不斷去加速硬件和芯片的布局,后者主要指傳感芯片與定制化的腦機(jī)計(jì)算芯片。

在產(chǎn)品研發(fā)與行業(yè)發(fā)展方面,吳寒峰表示,腦機(jī)接口行業(yè)所要面對(duì)的一個(gè)現(xiàn)實(shí)在于它是一個(gè)典型的交叉學(xué)科,其水桶效應(yīng)非常明顯——即最弱的環(huán)節(jié)決定最后輸出的質(zhì)量,因此該行業(yè)需要不同背景的團(tuán)隊(duì)共同去推動(dòng)。

此前,中國科學(xué)院院士、中科院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心學(xué)術(shù)主任蒲慕明公開表示,中國腦機(jī)接口技術(shù)現(xiàn)在與馬斯克相差五到十年,需要三年達(dá)到馬斯克公司目前的水平。但雙方方向不一樣,我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)還要花很多功夫做閉環(huán)的腦機(jī)接口,五年后相信可以與馬斯克并駕齊驅(qū)。對(duì)此,吳寒峰表示,在一段時(shí)間內(nèi),腦陸會(huì)逐步彌補(bǔ)與歐美團(tuán)隊(duì)因科研起步優(yōu)勢(shì)而帶來的差距。

“不會(huì)通過三到五年解決所有問題,如部分底層技術(shù)可能在技術(shù)環(huán)節(jié)上需要更長時(shí)間才能追趕上,但在材料科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、芯片制造工藝等技術(shù)環(huán)節(jié)上,雖然沒有辦法馬上追趕到完美的狀態(tài),但追上歐美主流狀態(tài)是沒問題的?!眳呛宸Q。

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