脑机接口之植入人类大脑竞赛日趋白热化
联系我们

深圳市南山区西丽大学城学苑大道1068号, 中国科学院深圳先进技术研究院, 集成所神经工程研究中心

0755-86392299

0755-86392235
0755-86387965

前沿追踪
首页 / 新闻动态 / 前沿追踪

脑机接口之植入人类大脑竞赛日趋白热化

时间:2023-12-26     点击量:143次

(原文链接https://mp.weixin.qq.com/s/sX-CGn1y9kBFIzQULZkm3A

       今年9月,马斯克的大脑植入公司 Neuralink 宣布了一个消息:该公司将开始招募志愿者进行临床试验,以测试其脑机接口(BCI)设备,它能收集神经元的电活动,并将这些信号转化为控制外部设备的指令。马斯克曾表示,他最终希望将人类与人工智能融合在一起,而Neuralink的初步目标是让瘫痪者仅凭意念就能控制光标或键盘。

图片

       将人脑与电脑连接起来的其他竞争对手也在不断努力。今年,Neuralink的竞争对手Synchron展示了其植入物在患者体内的长期安全性。其他初创公司也在人体实验中测试了新型设备,而新的创业公司也纷纷登场。

加州理工学院的客座研究员萨姆纳·诺曼(Sumner Norman)说:“今年绝对会让人感觉是爆发的一年,但事实上,这是学术界数十年工作的成果。我认为我们才刚刚开始感受到这种指数增长的影响。”诺曼同时也是森林神经技术公司(Forest Neurotech)的联合创始人兼首席执行官,该公司于今年 10 月成立。

       脑机接口的起源可以追溯到20世纪60年代和70年代,当时批BCIs是在实验室动物身上进行测试的。随着研究人员开始更好地了解大脑,这些系统逐渐变得更加复杂,使瘫痪者能够移动机械臂、玩电子游戏,并用意念进行交流。自2016年Neuralink公司成立以来,越来越多的公司对BCIs产生了兴趣。

       初创公司 Motif Neurotech 的首席执行官兼创始人、莱斯大学工程学教授雅各布•罗宾逊(Jacob Robinson)表示:“科学技术已经达到了一个成熟的程度,我们可以开始对人类状况产生真正的、巨大的影响。像埃隆·马斯克这样的人认识到了这些拐点,并投入资金将其商业化。”

       根据向美国证券交易委员会(US Securities and Exchange Commission)提交的文件,即使在对猴子实验对象的治疗存在争议的情况下,Neuralink最近又筹集了4300万美元的风险投资,使该公司筹集的资金超过3.23亿美元。

       政府投资,尤其是美国国防部高级研究计划局和美国国立卫生研究院脑计划的投资,也帮助推动了这一领域的发展。后者自2014年启动资金以来,已为神经科学研究注入了30多亿美元。为了将病人在家就能使用的实用系统商业化,各家公司都在设计无线系统,其植入物要比BCI研究中主要使用的刚性梳状犹他阵列更小、更灵活,或者能捕捉到更多的神经数据。总部位于纽约的Synchron 公司就是其中之一。该公司正在开发一种类似支架的大脑植入物,自2016年成立以来已筹集到1.45亿美元。

       今年 1 月,Synchron 公布了来自澳大利亚四名瘫痪患者的关键数据,显示其设备可以在脑血管内安全传输神经信号长达一年,且无任何严重副作用。在 12 个月的研究期间,信号质量也保持稳定。该设备允许参与者发短信、收发电子邮件和浏览网页。

       它的新颖之处在于不需要开颅手术。相反,它是通过颈部底部的一个缝隙植入,并通过颈静脉向上穿入运动皮层——大脑中指挥运动的部分。该装置由放置在胸部皮下的小型电池组供电。Synchron 已经为 10 名患者植入了这种装置,其中6 人参加了由脑计划支持的美国可行性试验。

潮水涌动

       今年,其他公司也对新型设备进行了人体实验。今年春天,总部位于纽约的 Precision Neuroscience 公司将其脑部植入物植入三人体内约 15 分钟。这些患者因其他原因正在接受脑部手术,其中两人当时是清醒的,Precision 想看看其植入物能否成功读取、记录和绘制大脑表面的电活动。此后,这家初创公司又在另外两名患者身上进行了类似的测试,并计划在 2024 年将这项研究扩展到更多地点。

       Precision 公司于 2021 年由本杰明·拉波波特(Benjamin Rapoport)共同创立,他也是Neuralink公司的共同创始人之一。Precision 公司开发出一种薄膜阵列,其宽度仅为人类头发的五分之一,可附着在大脑表面。与犹他阵列等深入大脑的植入物相比,该技术的侵入性更小。穿透式阵列会引起脑组织炎症和疤痕,随着时间的推移会导致信号质量下降。

       Precision 公司表示,在今年早些时候进行的研究中,与目前用于监测癫痫发作和绘制大脑地图的表面电极相比,它的阵列能以更高的分辨率更详细地记录大脑活动。当病人需要接受脑部手术(如切除肿瘤)时,医生会在他们的大脑上放置电极,以确定语言和运动相关区域的边界,这样他们就可以在手术时避开这些重要区域。

图片

        Precision的联合创始人兼首席执行官迈克尔•马格(Michael Mager)表示:“我们已经能够以前所未有的高分辨率绘制出清醒的人脑图像。”

       10 月份,该公司宣布收购了一家工厂,以生产更大规模的阵列。Mager说,一个由 11 人组成的团队每月生产几百个阵列。最初,Precision 公司计划用它的设备帮助瘫痪病人操作电脑和进行数字通信。最终,它打算治疗一系列神经和神经退行性疾病,包括焦虑症、抑郁症和痴呆症。

       总部位于休斯顿的Motif Neurotech 公司的目标也是治疗精神疾病。其设备旨在发出脉冲电刺激,以恢复健康的大脑线路活动。未来的版本将读取大脑状态数据并做出反应。

       今年 9 月,这家公司宣布,外科医生将其豌豆大小的装置临时安装在一名正在切除脑瘤的病人头骨中。Motif公司的研究结果尚未经过同行评审,但它表明,它可以在不与大脑实际接触的情况下,有效地向大脑传递刺激。植入物在大脑上仅停留了几分钟。

       研究人员还发现,他们可以安全有效地对猪的大脑进行为期一个月的刺激。Motif公司希望用这种设备来帮助抑郁症患者。

       罗宾逊(Robinson)说:"我认为这是一个减少侵入性的机会。将植入物植入颅内而不是脑内,可以避免组织损伤、出血和感染。Neuralink 的设备也能植入头骨,但它的细线能伸入脑组织。Motif公司的设备安装在头骨中,刚好位于硬脑膜(包裹脑组织的保护膜)上方。该装置将针对重度抑郁症患者受损的前额叶皮质。

这种植入物由罗宾逊在莱斯大学开发的无线磁电技术提供动力,从而消除了对电池的需求。每天佩戴约 20 分钟的特制帽子可为刺激器充电。

基于超声波的脑机接口

       位于洛杉矶的森林神经技术公司(Forest Neurotech)也于今年成立,致力于解决精神和认知障碍问题。这家非营利性初创公司的目标是将超声波微型化,用于神经植入。该公司正与合作伙伴马萨诸塞州超声波公司 Butterfly Network 积极研发代设备。Forest 提议的设备将使用声波来读取大脑信息并提供治疗性刺激,而不是捕捉电活动。

图片

       超声波的工作原理是在体内发射高频声波,并测量这些声波振动的"回声"。声波以不同的速度穿过不同的组织类型。骨骼无法穿透声波,因此Forest 计划将设备嵌入头骨。诺曼说,他想象中的安装过程只是一个简短的门诊手术,而不是侵入性的脑部手术。

图片

       诺曼和他的合作者于11月发表了一项概念验证研究,显示超声波可以为BCI提供动力。他们使用功能超声波测量了两只猕猴在进行手部和眼部运动时脑部血流的变化。他们教猕猴要么计划移动手来引导屏幕上的光标,要么计划移动眼睛来观察屏幕的特定部分。训练结束后,它们只需思考执行任务即可控制计算机。

       匹兹堡大学康复神经工程实验室研究BCI的研究员罗伯特·冈特(Robert Gaunt) 对即将推出的各种设备感到兴奋。他说:“对于某些应用,你可能不需要穿透大脑。但我们大脑的很大一部分都在这些褶皱中。执行更复杂的动作可能需要新技术,在不损伤脆弱组织的情况下深入大脑。”

       目前,他认为简单的设备更有可能发挥作用,因为活动部件越少,出错的可能性就越小。

冈特说:“我们正处于这样一个阶段,已经有足够多的公司证明了其可行性,并开始尝试制造真正的产品和医疗设备。至于其中是否有人会取得成功,那就完全是另一回事了”。