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

新智元 整合编辑：太平洋科技 发布于：2024-06-10 21:16

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。

但Neuralink绝不是唯一发力脑机接口的公司。

近期，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。

从Neuralink出走，自立门户

深挖Precision这家公司就能发现，它和Neuralink之间颇有渊源。

公司创始人Benjamin Rapoport和马斯克曾经共同创立Neuralink，但在2021年他选择离开，筹集了1200万美元创立Precision。

公司创始的4人团队中，有3人曾经在Neuralink工作。

Rapoport有MIT的电气工程和计算机科学博士学位，以及哈佛医学院医学学位，他形容自己「几乎把整个职业生涯都奉献给了将神经接口从科学世界带入医学世界」。

在公司CEO Michael Mager看来，Rapoport作为一名神经外科医生和电气工程师，一直是BCI行业的「先驱」，他为Precision的关键技术Layer 7定义了关键特征。

在华尔街日报的一档播客中，Rapoport曾被问到当初为什么离开Neuralink。他没有直接回答，而是从侧面描述了他和Neuralink在技术理念上的不同看法。

“我觉得，为了进入医学和科技领域，安全是最重要的。对于医疗设备来说，安全通常意味着侵入性最小。

早期的脑机接口有一种观念：为了从大脑中提取信息丰富的数据，需要用微小的针状电极刺入大脑，但这会造成一定程度的脑损伤。

我认为可以在不损害大脑的情况下提取信息丰富的数据。怀着这样的理念，我们成立了Precision Neuroscience。我们认为，微创性、可扩展性和安全性是神经接口的重要基础。”

这种理念上的冲突也反映在了两家公司的实际技术路径上。

Neuralink目前采用的系统基于穿透性微电极，需要进行开颅手术、打开大部分头骨，通过机器人进行高精度植入，而Precision的Layer 7基于表面微电极，覆盖大脑表面但不穿透。

在Neuralink为首个患者植入设备后，这种穿透性微电极的确。

手术后几周内，患者Noland Arbaugh脑组织中镶嵌电极的线开始缩回，导致设备无法正常工作。

业内人士表示，之所以出现并发症，原因可能是线连接到了颅骨内的装置上，而非脑组织表面。

圣路易斯华盛顿大学医学院的神经外科医生Eric Leuthardt介绍说，「工程师和科学家们没有意识到大脑在颅内空间的移动幅度。仅仅是点头或突然移动头部，就可能导致设备出现几毫米的扰动。」

根据华尔街日报的最新报道，这位患者脑中85%的电线都已松动，无法正常工作。Neuralink提出的解决方案之一是将设备植入到大脑皮层更深处，从3-5毫米移动至8毫米处。

虽然在同一个领域有如此根本性的分歧，但在Precision眼中，Neuralink是同事而不是竞争对手。

公司CEO Mager表示，「我们采用不同的方法，适合不同的情况」「这不会是一个赢家通吃的市场，有不止一家公司的发展空间」。

但有一点对他们来说是相同的——都需要证明系统的安全性，并通过FDA复杂的审批和监管流程。进入市场后，也要考虑如何将成本降低到患者可接受的程度。

这些都是和技术本身一样艰巨的任务。

参考资料：

https://arstechnica.com/science/2024/05/neuralink-rival-sets-brain-chip-record-with-4096-electrodes-on-human-brain/

https://www.foxbusiness.com/lifestyle/brain-implant-thinner-hair-novel-technology-may-allow-people-devices-mind

https://techcrunch.com/2023/01/31/precision-neuroscience-is-making-brain-implants-safer-smarter-and-reversible/

https://www.globenewswire.com/en/news-release/2024/05/28/2889069/0/en/Precision-Neuroscience-Announces-World-Record-for-Number-of-Electrodes-Placed-On-Human-Brain.html

https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-05-08/neuralink-says-implant-had-issues-after-first-human-surgery?srnd=technology-vp

本文来源：新智元
脑机接口    Layer 7
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