谈谈侵入式脑机接口

随着Elon Musk推动的Neuralink获得了FDA的批准以进行人体实验以后，脑机接口再次成为了各大机构讨论的重点。在今天举办的第二届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛上，南湖脑机交叉研究院常务副院长王跃明也做了题为《侵入式脑机接口》研究的报告，给我们带来了脑机接口的深入分析。
 

 
据相关定义，脑机接口（Brain-computer interfaces，BCIs）指一类在大脑与计算机或其他外部设备间进行信息交互的媒介或设备，在医学、教育、娱乐和军事等领域拥有重要的应用前景。 医学诊疗是脑机接口最常见及最主要的应用领域，通过监测、修复、改善、替代、增强等功能，为严重的神经与精神疾病提供重要干预手段。从实现方式上看，脑机接口可以分为侵入式、非侵入式和半侵入式几种。他们的区别就体现在侵入式程度的轻重。
 
具体到侵入式接口方面，据王跃明介绍，第一个脑机接口在1950年左右出现，当时是NIH首次在猴脑植入电机。但直到1980年左右，业界才真正实现了猴子光标的LED灯的控制；随后，1980年到1995年之间，植入式脑机接口基本上是原地踏步，没有进展。但纽约州里大学Chapin教授在1990年中期的时候首次发明了微丝电极植入大脑，记录神经原信息可长达数月。
 
之后，脑机接口研究开始兴起。进入近年来，“抑郁症恢复的标记点”成为了脑机接口的重要研究方向。作为国内的先行者之一，浙江大学从两个角度投入这个事：一方面，是从颅内读取信号，实现颅内信号对外部信号的控制；另一方面，浙江大学去年拿下脑机接口主题的全国重点实验室，也承担了重大的脑机项目。南湖脑机交叉研究院正是专注于脑机接口的一个重要机构。
 
据介绍，该研究院是由浙江大学与杭州市余杭区人民政府共同组建的独立事业法人研究机构。研究院的总体目标是以脑机接口为核心手段，突破脑疾病的神经机制，发展脑机基础硬件技术、闭环调控技术，打造自主可控的脑机治疗仪器、脑机调控器械及创新药物，实现脑疾病物理调控与化学治疗的优化融合。
 
官方资料指出，研究院聚焦脑机接口、创新脑药、脑疾病机制和脑机材料四个研究方向，打造我国脑机医疗战略科技力量，推动我国在本领域进入国际领先行列，建成独具特色的脑机物理调控微器械和原创新药研发基地，引领脑健康、脑调控、脑诊疗、脑医药等新型产业发展，做优做强战略性新兴产业。
 
“因为我们的组在国内比较大，所以我们从神经基础研究到放射等相关应用全链条都会去做。”王跃明说。
 
据王跃明介绍，他们最早主要做运动脑机接口，因为运动脑机接口在整体的领域有重要的地位，特别容易展现对大脑的精确程度，而他们也在2013年左右实现，让颅精确的解释有一定的理解。“后来，我们真正地植入电子，并且把运动的动态的编码方法做了一定的解释。其要点就是把大脑编码运动的过程变成一个动态的过程。”王跃明接着说。具体到脑疾病治疗方面，王跃明表示，在大脑植入芯片对重症的脑疾病进行精准的神经干预可以实现精准调控。
 
“最近，我们正在研究刚柔可调脑机接口新型材料与阵列技术”，王跃明说。从他的介绍我们的得知，高密度阵列可以分为共有刚性和柔性微电极阵列。其中前者是硬的，会对人造成伤害；柔性电子则伤害比较小，但是植入比较困难，而且植入的时候也不是完美的，插入一次又拔除一次也会造成伤害。换而言之，让多通道不出问题，且能长期稳定记录就非常重要。同时，还要使用方便。基于这些考虑，如果把刚性植入的便利和柔性结合在一起，就会得出比较理想的结果。
 
于是，王跃明及其团队找到材料供应商进行合作，意在寻找在体温附近是柔的、体温之外是硬的合体。现在，他们已经找到了这种材料，公司下一步的做法是希望能让柔性和刚性在植入后变软，以实现构型可变的多通道电子的目的。再接下去，公司希望能实现更多通道的同时记录。
 
在王跃明看来，侵入式脑机接口能在抑郁症的治疗中发挥重要的作用，这是他们团队当前正在发力的主要方向。下一步，团队将着重关注汉字书写脑机接口，通过颅内的信号和想象去识别，这将进一步增强团队在脑机接口研究上的实力。