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部分关键技术超越马斯克公司！上海独创柔性脑机接口何以上榜年度AI“奥斯卡”大奖
由中国科学院上海微系统与信息技术研究所研发的“免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口系统”的柔性电极仅0.1毫米粗细，只需在颅骨上钻一个不到0.7毫米直径的小孔，就可直接插入大脑，可在体工作时间8个月，记录2640路脑电活动信号——植入过程就像被蚊子叮了一口。
作为本届人工智能大会的镇馆之宝，上海独创的柔性脑机接口引发业界广泛关注，并摘得2021世界人工智能大会最高奖项——卓越人工智能引领者（SAIL）大奖，其植入创伤、长期在体安全性等关键技术已经达到甚至部分超越了马斯克的脑机接口公司Neuralink。记者今天获悉，这一具有完全自主知识产权的柔性脑机接口正在申请临床试验伦理审核，未来有望开发出各类可穿戴设备，为人类进入“脑联网”时代探路。
蚕丝蛋白电极可刚可柔
“入脑”创口仅为马斯克接口千分之一人工智能时代，作为探索重要脑功能、诊治重大脑疾病的核心关键技术，脑机接口炙手可热，是国际脑科学最前沿研究的研究工具。“人类社会从物联网时代向‘脑联网’时代跨越，微创甚至无创植入脑机接口，是必须跨过的一道坎。”柔性脑机接口研发团队负责人、中科院上海微系统所副所长陶虎研究员说，由于植入式电极的信号准确性远超过非植入式电极，那么降低植入电极的手术风险，就成为脑机接口发展的核心关键问题。
一直专注于智能传感器研发的陶虎，在研制蚕丝蛋白时，发现这种新型材料可刚可柔，还能在生物体内降解，非常适合做生物传感器，于是就萌生了用它研制脑机接口柔性电极的想法。
历经八年左右研发，他终于带领团队开发出可刚可柔的高性能电极：在直径仅0.1毫米、植入体长度可实现几毫米到几厘米定制的柔性电极上，利用集成电路技术，单器件集成了2640个电极点，最多可同时传递2600多个神经元信号，是马斯克公司研发的同类电极的两倍还多。
“0.1毫米与蚊子口器的粗细相当，扎在皮肤上，就好像被蚊子叮了一口。”陶虎说，使用与电极配套的手术机器人，只需在颅骨上钻一个直径不到0.7毫米的小孔，就能将电极插入大脑。插入时，蚕丝蛋白可将柔性电极暂时硬化；插入后，它又能自动降解。
今年2月，马斯克团队将直径23毫米、厚8毫米的柔性电极植入猴脑。今年5月，美国斯坦福大学将两个硬质电极插入大脑，让瘫痪病人用意念合成文字。“他们植入电极，需要在颅骨上开一个直径2厘米的孔，并用钢针将柔软电极送入脑内。”据陶虎介绍，“上海电极”植入的手术创伤只有马斯克公司的千分之一，而技术上可实现相同功能。
自如指挥小鼠“向左走、向右走”
有望开发出各类可穿戴设备通过“机器脑”的介入，科学家有望帮助高位截瘫、渐冻症、失语症等难治性神经疾病患者重新恢复正常生活。目前，陶虎团队已在鼠、兔、猕猴等实验动物身上，成功实现了单脑区、双脑区以及有线、无线等多种方式的脑信号干预。“我们正在为柔性神经电极申请临床试验伦理审核，一经批准就能进行临床试验。”陶虎对上海研发的“探脑神针”充满信心。
在实验室，记者看到一些头顶芯片的小白鼠、小白兔正在笼内欢快地进食。科研人员轻按电脑，对着某只小鼠发送了一串信号，它突然就停下不吃了。
除了干预进食，我们还能让小鼠在向前行进时，根据人为发出的信号，向左转或向右转。”陶虎透露，通过柔性脑机接口，不仅能“读”到这些小动物们在“想”什么、将活动指令“写”入它们的脑中，还能获得它们执行相应指令后的反馈信息。
未来，我们也会像这些实验动物那样“顶着芯片活动”吗？陶虎解释，免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口系统分为前端柔性深部电极、中端转接单元、后端脑电信号采集传输模块、生物兼容封装材料四部分，“除了前端电极外，其他均在体外，可通过工业设计，变成美观舒适的可穿戴设备”。
目前，该系统已可实现在植入5分钟后就开始急性信号收集，还能实现长达8个月的体内稳定神经信号跟踪。
“成人大脑拥约八百亿个神经元，每个人脑都相当于一台超级计算机。”陶虎希望，未来通过脑机接口，人脑的“超算”能力可与万物连接，释放出更大潜能。
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