WAIC 2023“腦機智能與數字生(shēng)命”主題論壇舉辦,腦機接口最新成果發布!
2023.07.12

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7月6日下(xià)午,2023年世界人工(gōng)智能大(dà)會“腦機智能與數字生(shēng)命”主題論壇在上海世博展覽館順利召開(kāi)。伴随着人工(gōng)智能、神經生(shēng)物(wù)學、科技的不斷進步,腦機接口技術已經掀起一(yī)場全新的科技革命,這對推動人類的發展、社會進步都将産生(shēng)無可預估的重大(dà)受益。

腦虎科技在現場發布七項橫跨學術、臨床及商(shāng)業化的科技成果,包括多型号柔性電(diàn)極、自動化科研手術機器人以及高通量神經信号采集分(fēn)析系統,旨在幫助科研人員(yuán)更精準、更高效、更便捷地開(kāi)展臨床科研實驗。
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腦虎說,關于産品,

過去(qù)的一(yī)年我(wǒ)(wǒ)們在學術與商(shāng)業上做了很多探索

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縱觀腦機接口行業,從1924年BCI雛形的誕生(shēng),到1969年美國科學家Eberhard Fetz首次在猴子腦中(zhōng)植入電(diàn)極,形成閉環神經調控。在經曆了理論萌芽、概念論證,直到2015年,來自加州理工(gōng)神經科學家Richard Andersen成功在一(yī)位四肢癱瘓的病人大(dà)腦中(zhōng)植入芯片,使其喝(hē)到了一(yī)口冰啤,腦機技術終于有了重大(dà)突破。2021年馬斯克的Neuralink成功利用1024通道柔性電(diàn)極實現猴子打遊戲,2022年《Nature》公布數據表示人類用意念打字可以實現99%準确率。全球腦機接口技術已然推進至産業發展期。

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在侵入式腦機接口行業中(zhōng),從技術層面來看主要有三大(dà)主要路線,分(fēn)别是:矽基硬質電(diàn)極系統、血管電(diàn)極系統以及柔性電(diàn)極系統。其中(zhōng)血管電(diàn)極系統的代表是美國的Synchron公司,這項技術主要是通過血管微創植入電(diàn)極,不用開(kāi)顱,但采集信号能力有限,且因爲血管支架一(yī)旦植入是不可逆的,還會存在長期在體(tǐ)的不穩定性。柔性電(diàn)極系統是以馬斯克爲代表的技術路線,腦虎科技也選擇這條技術路線,利用MEMS技術制造高通量電(diàn)極,然後通過機器人開(kāi)顱自動完成微創植入。據悉,三周前,美國FDA正式批準了Neuralink的科研臨床試驗,這對整個行業都有很大(dà)振奮作用。

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柔性電(diàn)極爲何能被稱爲“最長期且可持續的技術路徑”?因爲其可以解決三個最核心的問題,同樣也是這項技術産業在推廣上的三大(dà)核心要素:高通量、低創傷以及長期在體(tǐ)的穩定性。滿足這三個條件,柔性腦機接口才能大(dà)規模的商(shāng)業推廣。

科技新成果發布:

七項成果,橫跨學術、臨床及商(shāng)業化

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01

兩項學術成果

絲蛋白(bái)神經光電(diàn)極:利用絲蛋白(bái)與MEMS電(diàn)極混合的多模态電(diàn)極,用來實現大(dà)腦神經解析與調控。在蠶絲蛋白(bái)做的光纖外(wài)部包裹上MEMS電(diàn)極,實現了用光來刺激,同時用MEMS來采集一(yī)個完整的多模态的閉環調控。其次,因爲蠶絲原本的柔軟性,可以使其在一(yī)定強度内的光耗控制的很好,植入時是硬質的,植入後就會變軟,比傳統的石英光纖低4個數量級,可實現在體(tǐ)适應性植入,MEMS電(diàn)極能夠支持高質量128通道的信号采集。

- 類蚊口器仿生(shēng)柔性神經探針電(diàn)極:利用類似于蚊子獨特的口器結構,好比是一(yī)個外(wài)部較硬的物(wù)質,撐開(kāi)結構再用柔性的吸管來吸血。這樣植入的特點是,植入時能保持較好的硬度,植入之後柔性電(diàn)極能夠精準采集,而且可調節的梭針長度,能夠實現對多個腦區的植入,适應不同類型大(dà)腦表面的形态。無需進行硬腦膜移除手術且植入避開(kāi)血管損傷,因爲每一(yī)跟探針背後都有一(yī)個非常高靈敏度的觸覺傳感器陣列,可以準确探測到在組織體(tǐ)内是碰到腦組織還是碰到血管。術後信号采集具有出色表現,12小(xiǎo)時之内就能采集到高質量的單神經元的Spike信号。

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02

兩項科研成果

實驗對象是腦虎科技的動物(wù)員(yuán)工(gōng),2歲的拉布拉多犬「尼奧」和7歲恒河猴「悟空」,它們分(fēn)别完成了腦機接口的電(diàn)極植入手術,在植入256通道皮層電(diàn)極後均可采集LFP信号,「尼奧」成功實現運動解碼,「悟空」成功實現通過意念打遊戲的實驗效果。通過兩項動物(wù)實驗顯示,腦虎科技目前已實現了腦機接口系統從電(diàn)極制備、信号采集、神經解碼的全鏈條100%自研。


2023年3月17日的犬類實驗中(zhōng)的運動軌迹高精度解碼,已成功完成多模态信号采集及複雜(zá)系統建模,實時解碼實現腦電(diàn)控制,未來将在醫療、軍事等領域有更多的應用場景。彭雷表示,在訓練的環境下(xià),軟件跟解碼都是實時完成。這應該是國内第一(yī)次犬類用皮層電(diàn)極實現運動的解碼,尼奧同學非常配合的完成了此次手術,術後的精神和情緒上良好,我(wǒ)(wǒ)們很欣慰獸醫跟臨床醫生(shēng)非常重視動物(wù)關愛。

2023年5月26日的恒河猴實驗顯示, 植入之後,采集腦電(diàn)及猴子的手臂信号做解碼。通過全套的自研設備可實時采集256通道的皮層腦電(diàn)信号,完成恒河猴運動意圖的連續解碼,并利用實時解碼數據讓猴子通過意念控制繼續遊戲,達到“腦控”效果。爲将來的腦控實驗打下(xià)堅實的科研基礎,是邁向臨床實驗的第一(yī)步。彭雷說,我(wǒ)(wǒ)們斷開(kāi)了它的插頭,讓它能夠繼續被解碼,這是整個實驗裏面最重要的範式目的,我(wǒ)(wǒ)們非常有效的實現了這個效果,這是腦虎第一(yī)例在恒河猴上完成腦機接口打遊戲的動物(wù)實驗。


腦虎說:我(wǒ)(wǒ)們不僅在動物(wù)實驗上取得了進展

在科研臨床方面也有新的突破


腦虎科技表示,在動物(wù)實驗上取得了進展之後,下(xià)一(yī)步就是上人的計劃,但同時要面臨着法規、倫理、包括對病人的價值跟保護諸多挑戰。腦虎科技在科研臨床方面得到了來自醫院方的支持,因此在科研臨床方面也有了新的突破。

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03

三項醫療臨床成果

 2023年6月|34歲女性患者|基于柔性皮層腦機接口技術,實現重要腦功能區定位。 

患者在進行腫瘤切除手術過程中(zhōng),術中(zhōng)通過植入256通道皮層電(diàn)極,在她的腫瘤跟功能區重合的位置,讓患者進行喚醒之後,結合自主開(kāi)發的後端腦電(diàn)采集設備和處理軟件,執行一(yī)些相應的語言範式。采集并分(fēn)析受試者語言任務中(zhōng)的腦電(diàn)信号,實現患者術中(zhōng)語言區實時定位,指導外(wài)科醫生(shēng)精準切除腦區病竈,保留患者的重要腦功能。
傳統是需要用猶他電(diàn)極來刺激用戶不同的區域,來做功能區的标定。而這種方式之下(xià),不需要進行刺激,隻需要患者進行一(yī)些語言範式的動作,就能我(wǒ)(wǒ)們精确的測量到這個語言區的邊界,相關的腦區會有明确的響應,主要用于功能區的定位,實時快速的。對于病人而言,減少她被切除的有效組織的一(yī)個重要手段,這是有重要的臨床價值的。

2023年5月|44歲女性患者|基于柔性皮層腦機接口技術,實現漢語言解碼與合成

通過術中(zhōng)臨時植入256通道柔性皮層電(diàn)極,結合自主開(kāi)發的後端腦電(diàn)采集設備,術中(zhōng)記錄受試者發音過程中(zhōng)的腦電(diàn)信号,實現漢語語音解碼和合成。
通過對患者做了音節跟音調的範式的同時,對音節跟音調的進行解碼,再将解碼的結果合成成一(yī)個新的合成語音,這是整個範式的目的。患者在術中(zhōng)的時候會發“ma”四種音調,我(wǒ)(wǒ)們同時記錄她說這四個聲音時候的腦電(diàn)信号,進行解碼,再合成成她的語音。

2023年2月|42歲男性患者|順利完成一(yī)項256通道柔性深部電(diàn)極的植入手術,實現單神經元Spike信号記錄。

患者本身在右側颞葉的癫痫病竈區有一(yī)個病倒需要切除,我(wǒ)(wǒ)們在切除之前,在他的病竈處植入了微型的柔性深部電(diàn)極,植入之後采集到高質量的LFP場電(diàn)位以及單個神經元的電(diàn)位。最右邊我(wǒ)(wǒ)們記錄到26号神經元超過2000次Spike,平均每秒鍾3-4個Spike。
使用了腦虎科技的深部電(diàn)極+腦電(diàn)儀跟軟件來完成整個術式,這是非常有重大(dà)突破的一(yī)次臨床進展,也達到了有效性跟安全性的初步驗證。腦虎科技表示,後續會繼續圍繞這個場景做更多的科研臨床嘗試,這是在深部電(diàn)極重要的科研成果。
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至此,此次腦虎科技最新科研進展的七項成果已全部發布,腦虎科技表示,“前兩項是來自我(wǒ)(wǒ)們科學家團隊的學術沉澱,腦虎雖然很年輕,但在産品研發上一(yī)直在努力叠代,我(wǒ)(wǒ)們在這些動物(wù)實驗跟臨床層面上的進展還是非常快的,這是我(wǒ)(wǒ)們自豪的一(yī)點。”

本次論壇上,腦虎科技還針對科研及醫療市場發布了新産品,分(fēn)别是兩款柔性電(diàn)極植入手術機器人FlexShuttle、FlexShuttle Mini和腦電(diàn)采集芯片M2。

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柔性電(diàn)極植入手術機器人—FlexShuttle擁有高精度多級精度視覺模塊設計,深度學習結合雙目定位,智能識别、精準鎖定;借助5+1自由度機械臂,可以滿足大(dà)範圍全方位覆蓋顱骨,末端動作最高5g加速度,操控更容易;多模态傳感檢測實現自動安全停止的顱骨開(kāi)孔;可兼容兼容鎢針穿刺柔性電(diàn)極、蠶絲蛋白(bái)電(diàn)極操作。

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柔性電(diàn)極植入手術機器人—FlexShuttle Mini可以基于标準大(dà)小(xiǎo)鼠腦定位圖譜的3D腦區模型,最優化計算手術路徑,實現“所想即所得”的定制化;雙目視覺識别定位結合360°全方位串聯機械臂,實現“所見即所達”的易操作;系統精度達200μm,最小(xiǎo)步盡量50μm,實現可指定腦區的精準到位;統一(yī)接口快換裝置,自由切換顱鑽、植入儀、光纖、微型注射器。

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去(qù)年腦虎科技發布了第一(yī)代芯片M1,腦虎稱是基礎技術的積累,并沒有正式出貨。此次的腦電(diàn)采集芯片M2,是腦虎科技自主研發的64通道數模混合芯片,采用全自研16bit高精度ADC模塊,裸片面積比國外(wài)競品減小(xiǎo)30%,兼容主流信号采集設備,據腦虎科技透露,M2産品已經與醫院方、高校機構等達成了商(shāng)業化落地意向,M2預計将在明年第二季度推向市場。

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腦科學經曆了50多年的發展,也出現了一(yī)些痛點,這些痛點跟人工(gōng)智能AI的主場面對的痛點是非常類似的。對于産品的多樣化和軟硬件不統一(yī)、數據和算法的不統一(yī)等問題,腦虎科技還發布了面向全球腦科學家的開(kāi)放(fàng)平台,将軟硬件産品線進行統一(yī)架構。


腦虎科技聯合創始人兼CEO彭雷在現場介紹,平台将涉及到信号處理、頻(pín)譜動捕、通道選擇、神經網絡解碼、運動軌迹預測的算法未來都将會開(kāi)放(fàng)開(kāi)源。希望通過開(kāi)放(fàng)平台,讓全球腦科家學實現數據的可累計、算法的可分(fēn)享,然後讓整個生(shēng)态的叠代速度變快。

此外(wài),彭雷呼籲,希望更多從事腦科學領域的,無論是科學家、醫生(shēng)、學者或者行業夥伴,一(yī)起加入建設開(kāi)放(fàng)平台,通過打造BCI生(shēng)态圈,讓腦科學也能像AI賦能于千行百業一(yī)樣,以AI的叠代速度快速跑起來。

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腦機接口的未來,無論是侵入式、非侵入式,都會具備多方向可延展的想象空間,好比蜂窩網格一(yī)般,逐步滲透到我(wǒ)(wǒ)們的熟悉的領域,打造BCI+的生(shēng)态圈,如同本次論壇上涉及到的腦機+類器官、腦機+脊髓等,終将會形成一(yī)座閉環的神經橋。BCI的未來有無限可能,生(shēng)态圈的邊界需要不斷探索。

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近期AGI大(dà)火(huǒ),很多人會将腦機接口與之關聯。腦機接口(BCI)與通用人工(gōng)智能(AGI)是一(yī)個互相融合的過程,碳基生(shēng)命跟矽基生(shēng)命未來一(yī)定會走到一(yī)起。

這兩件事可以看成是一(yī)座橋的兩端,AGI用全人類的數據、語料庫、反複訓練成一(yī)個超大(dà)語言模型,最終這個模型不會産生(shēng)意識和認知(zhī)。而腦機接口的本質是将人類如星辰大(dà)海般的大(dà)腦進行解析,嘗試将它變成電(diàn)腦可以理解的算法跟數據。

發布會的最後,中(zhōng)科院上海微系統所副所長、腦虎科技創始人兼首席科學家陶虎表示,腦機接口是在做把病人變回正常人的過程,這就意味着要做更多的臨床研究,做更大(dà)的重大(dà)腦疾病診治。而腦機接口的天花闆,就是想把正常人變成超人,希望通過腦機接口把我(wǒ)(wǒ)們大(dà)腦跟外(wài)界更加強大(dà)的感知(zhī)器和執行器聯合起來,把我(wǒ)(wǒ)們的五官、四肢做更多的延續。
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人類大(dà)腦是宇宙中(zhōng)目前已知(zhī)最複雜(zá)的事物(wù),探索大(dà)腦本身是一(yī)項⾮常艱巨且充滿挑戰的事業,2023年的WAIC已圓滿落幕,随着腦機接口科研成果的發布,這項技術勢必掀起新一(yī)輪的科技浪潮。明年腦虎科技将會持續探索更多的科技進步,期待關注!

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