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

與非網(wǎng)7月9日訊 2021世界人工智能大會開幕式上，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”獎項。

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間腦機(jī)接口再度成為熱議話題腦機(jī)接口是否會成為技術(shù)風(fēng)口？腦機(jī)接口是否真的會實現(xiàn)人類思想與超級計算機(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，也是相對于其他動物更具優(yōu)勢的器官，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。

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)接口作為一個可以直接認(rèn)識腦、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、猴等多種動物模型，并能夠?qū)崿F(xiàn)術(shù)后急性信號采集和長達(dá)8個月的穩(wěn)定神經(jīng)信號跟蹤。

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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展示的技術(shù)有何不同？據(jù)陶虎介紹，他們這次獨創(chuàng)的技術(shù)可以把柔性的電極暫時硬化，這樣只需要開一個很小的孔，類似做針灸一樣直接放入腦袋里，而它到了腦后又會變軟，“這樣就可以避免開顱手術(shù)，只做一個微創(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)接口作為一個大腦和萬物互聯(lián)的渠道，是一個賦能技術(shù)，可以真正發(fā)揮人類大腦優(yōu)勢，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)”，實現(xiàn)“腦聯(lián)萬物”“腦聯(lián)腦”。成年人的大腦大概有800多億個神經(jīng)元，每一個神經(jīng)元都跟周圍成千上萬的神經(jīng)元彼此之間有交互，形成了一個巨大的網(wǎng)絡(luò)，相當(dāng)于一臺超級計算機(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“競爭者”，更合理的稱謂應(yīng)是“行業(yè)推動者”，“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年開始啟動了自有的腦機(jī)接口芯片的研發(fā)計劃，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，以及整個布局與小規(guī)模的測試和留片，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?！懊鎸Σ煌膱鼍?，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?！蔽磥?，盧樹強(qiáng)稱，隨著整個業(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)所要面對的一個現(xiàn)實在于它是一個典型的交叉學(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)隊共同去推動。

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)。對此，吳寒峰表示，在一段時間內(nèi)，腦陸會逐步彌補(bǔ)與歐美團(tuán)隊因科研起步優(yōu)勢而帶來的差距。

“不會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。”吳寒峰稱。