Neuralink 劲敌 Precision 破纪录:4096 个电极微创植入人脑,脑机接口有望进入「5G」时代

  提到脑机接口,你第一时间想到的肯定是 Elon Musk 创建的公司 Neuralink,他们在今年 1 月刚刚将首个芯片植入人脑。


  但 Neuralink 绝不是唯一发力脑机接口的公司。


  5 月 28 日,Precision Neuroscience 发布公告,他们成功在人脑上放置了 4096 个刺激神经元的电极,创下了新的世界纪录。



  电极数量是脑机接口领域的一个关键指标,因为它决定了大脑传输数据的「带宽」,从而影响接口系统的功能。


  也就是说,增加电极数量,就能提升从大脑和外界传输数据的效率。


  上一个世界纪录是去年 9 月发表在《神经外科杂志》上的论文,他们在人脑上放置了 2048 个电极



  没想到这个数字仅用 8 个月就翻了一番,可以说是摩尔定律在 BCI 领域的翻版了。


  Layer 7 超薄电极,微缝插入


  想了解人类大脑的活动,从外部进行脑电图或核磁共振成像已经远远不够,因此有了向大脑中植入电极的技术,它们形成的阵列可以同时从大脑皮层内的多个点位收集信息。


  而且电极数量非常重要。想要让患者能够用意念控制假肢或者移动屏幕上的光标,几十个电极根本不够。即使是基本功能,也需要高密度的电极。


  那增加电极数量就可以解决了吗?也不行,因为每个电极都会刺穿脑组织,并造成损伤。从 100 个电极扩展到 1000 个电极就意味着 10 倍的损伤。


  要实现高密度的电极植入,就需要以微创的方式部署,并具有良好的可扩展性。因此,Precision 公司就使用了一项创新技术来解决这个问题。


  他们开发了一种名为 Layer 7 的超薄电极阵列,植入时不需要刺穿大脑,但可以收集比传统阵列多出数百倍的数据。



  之所以命名为 Layer 7,是因为大脑皮层本身有 6 层,而这层电极组成的薄膜位于皮层顶部,也就是第 7 层的位置。


  单个 Layer 7 比拇指指甲略大,但厚度只是人类发丝的五分之一,上面能密集排布 1024 个微小电极,每个电极和神经元的大小相当。


  Precision 这次打破纪录的 4096 个电极植入,就是通过同时在大脑表面放置 4 个 Layer 7 薄膜实现的。


  这些电极可以接受大脑信号,并传输到位于颅骨和头皮之间的处理单元,再经过皮下放置的电线传递到胸部的处理单元,转发给外界。



  这些电极为什么能够传递大脑信号?


  每个电极都通过极细的铂丝和电子设备相连,且以模块化的点阵结构排列,因此是以非常规则的几何图案覆盖在大脑表面。


  而且电极排布密度足够高,接收到来自大脑的大量电信号后,能以很高的分辨率绘制出一定区域内的脑电活动图。


  持续输出的脑电信号将构成海量数据,而且包含许多噪音,因此连接的电子设备还需要进行压缩和去噪工作。


  


  ▲ Layer 7 皮质接口的阵列模拟图


  要理解这些脑电信号,也需要机器学习的参与。把脑电信号表达为可理解的形式,这种任务性质类似于机器翻译。


  神经科学的研究可以告诉我们每个脑区的大致功能,比如哪个区域负责语言,哪里负责控制手部运动。


  然而仅有这些领域知识还远远不够,因为每个人的大脑构造都不一样。即使执行相同的功能,对应的具体电信号的位置也会有差异。


  基于机器学习的软件可以「学习」每个人的大脑构造,完成脑区位置的校准,并进行脑电信号的翻译和解释。


  Precision 的 CEO Michael Mager 表示,BCI 不仅仅是电极阵列,「机器学习的复杂性是驱动真正强大的 BCI 的必备条件。这是一个全栈产品,需要跨学科团队来开发。」


  植入 Layer 7 薄膜不需要进行开颅手术,可以通过颅骨上一个厚度小于 1 毫米的切口插入,「滑」到大脑表面,侵入性和伤害性要小得多。


  这个过程被称为「微缝插入」,进行植入手术的病人甚至都不需要剃发,看起来就像没做过大手术一样。


  此外还需要考虑的一点是,所有设备都是有使用寿命的,需要维修和更换。根据 Precision 的说法,Layer 7 所创造的接口是可逆的,且植入后大脑仍保持完整,可以降低这方面的风险


  Layer 7 的皮质表面阵列和非侵入性手术均已获得专利,而且是 Precision 公司的独有技术。


  在公司创始人 Benjamin Rapoport 看来,这项技术的安全性和良好扩展性非常值得期待。


  脑机接口的「通信带宽」和电极数量成正比,将更多的 Layer 7 放在大脑表面不会造成任何额外的脑损伤,也不会增加任何风险。


  因此,可以想象到,脑机接口的通信能力会逐渐从 3G 到 4G,再到 5G、6G,可能瞬间传输整个想法或直觉,将彻底改变人机沟通,甚至人类之间沟通的本质。


  目前这项技术仍处于临床测试阶段,去年他们进行了首次人体植入,预计第一个商业产品将于 2025 年投放市场


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