全球首例,南開大學完成介入式腦機接口非人靈長類動物試驗
時間:2023-05-06 17:51:12  來源:引領外匯網  
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比馬斯克的技術更穩定?

編者按:本文來自微信公眾號“超電實驗室”(ID:SuperEV-Lab),作者:楚門 曹婷婷,創業邦經授權發布。


(資料圖片僅供參考)

5月4日,南開大學段峰教授團隊,在北京成功完成非人靈長類動物介入式腦機接口試驗,這也是全球首例。

給大家劃個重點:全球首例、非人靈長類動物、介入式。

他們的試驗是在猴腦內實現了介入式腦機接口腦控機械臂,簡單來說就是,通過采集猴的腦電波信號,然后遙控并將其轉化為控制信號,通過一個機械臂實現對物體的抓取和放置等操作。

介入式操作不同于侵入式和非侵入式,既保證了安全,又可以提高準確度。

腦機接口技術是目前神經工程領域中最活躍的研究方向之一,是一種在腦與外部設備之間建立直接的通信渠道的技術,在生物醫學、神經康復和智能機器人等領域有著重要應用。

正如另一位腦機接口技術狂熱者馬斯克所希望的那樣,腦機接口技術終會成為造福人類,改造人類的工具。

臨床或許還要5年

此次試驗由南開大學段峰教授團隊主導,與中國人民解放軍總醫院(301醫院)、上海心瑋醫療科技股份有限公司聯合完成。

段峰教授團隊在用非人靈長類動物(猴)試驗之前,其實最先是在羊身上開始的試驗。

來源:南開大學

據段峰教授介紹,2022年他們團隊曾在羊身上完成了首例介入式腦機接口動物試驗。腦電極植入術由介入機器人輔助完成,段峰教授在主端操作完成了部分血管造影。

來源:南開大學

試驗最終在羊腦血管內完成了傳感器植入,并成功采集到了腦電信號。

試驗前后共進行了3次,在羊的試驗基礎上取得進一步成果后,最近終于在猴身上實現了介入式腦電信號從被動采集到主動控制的技術飛躍,突破了血管內腦電信號采集、介入式腦電信號識別等核心技術。

試驗的具體操作過程是,科學家通過介入手術將腦電傳感器植入在猴腦血管壁上, 介入式腦電傳感器通過頸靜脈,進入矢狀竇,到達猴運動皮層腦區。

來源:南開大學

成功采集到的腦電信號后,對其進行遙控,轉化為控制信號,最后通過機械臂實現對物體的抓取和放置等主動控制操作。

據悉,介入手術是由解放軍總醫院第一醫學中心神經外科吳東東醫師團隊操作完成。

來源:南開大學

介入式最大的優點,就是不需要像馬斯克的Neuralink腦機接口公司一樣把腦袋 嘎開或者鉆個洞。

只需在頸靜脈刺個小口,利用血液把腦傳感器送達腦血管壁,通過腦血管就可以采集到顱內腦電信號。

據段峰教授介紹,這次試驗的研究成果,促進了介入式腦機接口從實驗室前瞻性研究向臨床應用邁進。

來源:南開大學

那腦機接口技術還要多久才能走到臨床?

參與研發、試驗的宣武醫院神經外科馬永杰博士表示,完成首例動物試驗是突破性的進步,是從0到1的進步。但抵達臨床是一個從1到100的過程,可以說我們還有很遠的路要走。

下一步,團隊將繼續優化電極設計,驗證其在動物體內長期植入的安全性、可靠性,還要完成采集后信號的進一步分析、加工、轉化等工作。介入式腦機接口真正走到臨床,可能還要5年,甚至更長的時間。

腦機接口技術的一再突破,給一些被疾病困擾的運動功能障礙患者帶來了福音,未來有一天或許可以利用腦機接口技術幫助他們與外部重新交流,進而改善生活質量。

除了控制機械臂,未來或許還能用意念控制一切(懶人福音)。

甚至還能存儲記憶,馬永杰博士表示,腦機接口技術未來在一定程度上將人類的思考、意識、記憶存儲下來也不是完全沒有可能。(再也不用擔心背課文了)

記憶移植也是腦機接口研究的重點,美國科學家已經發現大腦海馬體的記憶密碼,開始嘗試用芯片備份記憶,然后把芯片植入另一個大腦,以實現記憶移植。

目前,這個試驗也已經在猴子身上取得了成功。

是的,又是大師兄。有人或許會問為什么這些進階的試驗都是在?身上完成的,二師兄?不服了。

原因也很簡單,你說你是和大師兄更像還是二師兄更像?

南開大學團隊試驗所用的恒河猴大腦結構,和人類相比更為相似。可以更好地模擬人類的大腦活動,所以,在相似的動物身上試驗也更方便以后將技術應用到人類身上。

馬斯克也曾成功過

在接受采訪時,項目研發人員馬永杰博士介紹了腦機接口的三種方式,上述只是其中一種。

目前來說,腦機接口主要有三種方式。包括侵入式腦機接口、非侵入式腦機接口和介入式腦機接口。

第一種是侵入式腦機接口,是比較傳統的方式,以開顱等形式,將電極植入大腦皮層功能區附近,直接接觸到大腦皮層。

這種方式對人體有較大損傷,需要大量的時間恢復,而且在恢復過程中,很容易伴隨著傷口發炎、身體排異反應等。但是這種有創的接入方式,所獲取的腦電信號是最準確的。

來源:CSND

第二種是非侵入式腦機接口,這就很好理解了,不會直接接觸大腦皮層,僅通過頭皮采集腦電信號。但以這種方式采集到的信號純度不高,而且還會伴有大量的噪音。

第三種是介入式腦機接口,這種方式相較于上面兩種,是一個比較新穎的接口方式,將血管穿刺小口,通過微創手術實現腦機連接,這種方式對人體的創傷小于侵入式,信號質量大于非侵入式。

目前來說,介入式腦機接口是最安全、穩定的接口方式。

2016年,馬斯克聯合成立了一家公司,名為Neuralink,主要研究腦機接口,研發出超高帶寬的腦機接口系統,從而實現人類與人工智能的共存。

來源:Neuralink

Neuralink公司在開發一種微芯片,該芯片可植入人類大腦記錄并刺激大腦活動,將被用于醫學領域。馬斯克聲稱,該芯片將用于治療脊髓損傷、帕金森氏癥等腦部疾病和神經系統疾病。

2019年,Neuralink首次推出了植入物的設計,在大腦中找到一塊區域,植入1024根微小的電線,傾聽腦電波的電波,并發送自己的電波。

2020年8月29日,馬斯克在活豬身上演示了“腦機接口”技術Neuralink。該裝置實現了對豬行為軌跡的精準預測。

來源:Neuralink

2021年4月9日,Neuralink展示猴子用意念玩模擬乒乓球游戲《Pong》。這只猴子大腦中已經事先成功植入腦機接口,通過腦電波來控制球拍,大腦中的設備記錄了猴子玩游戲時神經元放電的信息,學習預測它將做出的動作。

來源:Neuralink

值得注意的是,馬斯克采用的是侵入式腦機接口,也就是說,在2021年,馬斯克的侵入式腦機接口已經試驗成功,并且運行良好,在多次測試之后,已確認為最安全可靠的方式。

對此馬斯克表示,希望在不久后可以應用在人類身上,目標人群是那些有嚴重脊髓損傷,如四肢癱瘓的人身上。

應用Neuralink裝置,植入了Neuralink大腦芯片的人,只需用大腦就能向電腦下達指令。

但由于多次進行試驗,Neuralink公司因為涉嫌虐待動物,可能違反動物福利原則,被美國聯邦部門調查,調查顯示,Neuralink公司自2018年以來,共殺死約1500只動物,包括280多只羊、豬和猴子。

最新消息,2023年3月,Neuralin公司腦機人體試驗申請遭到美國監管部門FDA(美國食品藥品監督管理局)的拒絕。

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