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脑机“读懂”大脑
日期:[2023-5-30 13:08:39]   共阅[212]次

如今,人类虽然未能达到科幻世界的彼岸,但技术的发展已经让大家摸到了科幻世界的诸多入口。就像“数字化人类”,它的入口很可能就藏在脑机接口技术中。

马斯克旗下脑机接口企业宣布获准启动人体临床试验。本月初,全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功。连接不断的进展似乎已经明示,现实层面的脑机接口技术正酝酿着无限的潜力,当然,这其中包括应用的前景,也同样包括可能产生的安全、伦理风险。

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超级编解码

公开资料显示,脑机接口技术可以将脑电信号转换为控制指令,从而帮助运动功能障碍患者如脑卒中、渐冻症等与外部设备交互,提升生活质量。整个工作过程大致可以分为信号的采集、降噪、增强,信息的编解码以及信号的输出等。

北京脑科学与类脑研究中心和北京师范大学双聘研究员、博士生导师柳昀哲对北京商报记者表示,读懂大脑是世界性难题,在读懂之前,首先要理解大家的大脑是怎样表征外部世界的,也就是编码过程,所以读懂是一个编解码过程。而脑机接口就是实现神经编解码的重要手段,并高度依赖于上述对应关系的构建和深层次理解。采用脑机接口实现神经编解码,使用了脑机接口的脑到机方向,即如何使用机器读取脑的信号。

正在进行的2023中关村论坛展览(科博会)上,北京脑科学与类脑研究中心便展示了脑机接口编解码技术。据悉,该研究基于TEM-神经活动重现类脑智能算法,尝试对于人类概念的形成和表征进行解码。柳昀哲提到,在TEM基础上,大家统合了海马-内嗅皮层系统在认知地图形成过程中的重要作用。将海马对于认知地图形成的核心机制加入原有TEM模型中,提升TEM在新环境中的泛化性。

但编解码还有一个关键前提,即信号的提取。从技术手段上看,脑机接口主要分为侵入式和非侵入式,但这两种方法也一直面临精度与安全难两全的取舍。稳定、高通量的神经信号记录是脑机接口的第一要素。国家纳米科学中心和北京脑科学与类脑研究中心双聘研究员、博士生导师方英则对北京商报记者提到,传统电极的材质是硅和金属,而刚性的硅基或金属微丝电极在手术植入柔软的脑组织后,由于尺寸和力学性能的巨大差异,使电极与脑组织间发生相对微移动并引起炎症反应,导致刚性微电极难以对神经电信号进行长期稳定读取。

科博会期间,国家纳米科技中心方英研究员团队展示千通道柔性神经流苏电极,与传统电极相比,柔性神经流苏电极非常柔软,能匹配脑组织的力学性,从而更稳定、更安全。


医疗抢先落地

脑机接口还有第三种技术路线——介入式脑机接口。本月初,由南开大学段峰教授团队牵头的全球首例非人灵长类动物介入式脑机接口试验在北京获得成功。

据悉,介入式脑机接口通过介入手术将介入脑电传感器贴附在猴脑血管壁上,无需开颅手术即可采集到颅内脑电信号,相较于传统侵入式和非侵入式脑机接口,兼顾安全性、识别稳定性。在该试验中,首都医科大学宣武医院神经外科医生也参与其中,此次科博会期间,宣武医院便展示了针对脊髓损伤方面的脑机接口临床应用。

神经病学专家、首都医科大学宣武医院神经内科主任医师、博士生导师唐毅告诉北京商报记者,脑机接口康复训练可以调动大脑感觉和运动等脑区协同工作,科学地给皮层和肢体施加运动和感觉任务,可刺激中枢和效应器产生电信号,并通过脑机接口在大脑和肢体之间建立人工的辅助传导通路,使得两者之间阻断的信息交流能够延续。

“这样可以激活脊髓残存的神经纤维,激发出其‘残存的潜在能力’,在功能上发挥代偿作用,部分恢复脊髓对运动和感觉信息的传导功能。最终,实现脊髓损伤患者重获运动和感知能力。”唐毅表示。

据悉,早在2018年2月,我国首个“重拾行走计划”项目就在宣武医院启动,项目在顺利推进中,数位完全性脊髓损伤患者部分恢复行走能力。

医疗通常被认为是脑机接口技术落地的第一站。公开资料显示,侵入式脑机接口技术在医疗领域已有一定程度的应用,如用深脑刺激来缓解帕金森症状、用早期实验性芯片来恢复视觉、植入人工耳蜗恢复听力等。

唐毅提到,医疗领域中脑机接口的主要应用方向包括辅助神经功能恢复和肢体运动、辅助疾病诊疗、辅助信息交流、辅助增强记忆四个方面。其中的辅助疾病诊疗,主要包括癫痫、帕金森病、神经精神类疾病的诊疗和康复,而癫痫诊疗领域则是脑机接口技术最早应用的领域之一。


还需产业链支撑

“风口”中的脑机接口也吸引了资本层面的关注。从国际视角上,GOOGLE、MicroSoft、脸书等科技巨头正着力布局开发底层技术。2014年后,阿里、百度、科大讯飞等企业也开始以投资并购方式入局脑机接口领域,陆续推出各自人工智能脑计划。

国信证券统计,2014年以后,由于脑机接口技术成熟度提升,产品和服务广泛被市场接受,不断有新企业进入该领域,目前每年新增企业超过10家,明显高于2014年前水平。

从应用层面,未名脑脑科技有限企业创始人、首席实行官高妍在接受北京商报记者专访时提到,对脑疾病领域的科技型企业来说,脑机接口硬件、App以及人工智能算法,都相当于基础性的技术,企业更多是在这种技术的基础上做具体领域的应用。但对于这项“未来科技”来说,要想真正达到成熟的大规模应用,或者说产业化、商业化,可能还有很长一段路要走。高妍提到,在国内临床上,脑机接口技术并不完善,脑机接口软硬件就像造车,需要完整的产业链支撑,包括单探头的灵敏度、降噪、算法分析等能力,因此距离真正便捷性地使用,可能还需要一个过程。

中国科学院深圳先进技术研究院正高级工程师、微灵医疗创始人李骁健进一步分析称,目前我国脑机接口技术正处于产业化初期阶段,尽管应用前景非常广阔,但是目前刚性需求场景较少。科研用途一直是主要需求方,在消费端目前医疗用途凸显。

能否满足用户要求也是脑机接口商业化面临的主要障碍之一。李骁健提到,目前脑机接口技术的研发成本较高,研发人才较少,产品属于定制化制造,生产成本较高。目前脑机产品的性能和可靠性也没有得到充分验证,消费者对此类产品还缺乏信任。

而且实际投资方面热情不高,投资机构对脑机接口这种新兴高科技产业项目还缺乏系统全面的认知,很难准确评估投资风险。此外,目前脑机接口的技术标准和规范尚未统一,不同厂商的产品之间缺乏互通和互评性。美国联邦药监局对植入式脑机接口发布了指南并积极参与对申报单位的引导是很值得借鉴的。


来源:北京商报 编辑:杨月涵

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