美国杜克大学、西北大学和纽约大学的科研团队，利用不到一微米厚的二氧化硅电极层，组成1008个电极传感器的“神经矩阵”(Neural Matrix)，形成柔性神经接口，植入到大脑皮层上，实现机器与人体大脑长期、直接的交互。

 

 

美国杜克大学、西北大学和纽约大学的科研团队，利用不到一微米厚的二氧化硅电极层，组成1008个电极传感器的“神经矩阵”(Neural Matrix)，形成柔性神经接口，植入到大脑皮层上，实现机器与人体大脑长期、直接的交互。据悉，这一科研成果于今晨登上世界医学期刊，科学杂志子刊《科学转化医学》(Science Translational Medicine）上。

 

本论文第一作者，杜克大学生物医学工程学的蒋佳翰（Ken Chiang）博士告诉钛媒体，这一研究成果表明，将电子设备植入体内已成为现实。相比于之前其他的脑机接口（brain-computer interface，BCI）实验，该研究的突破在于，使用了一种新的材料以及感应方式，让设备可在动物体内存在几年以上。

 

该论文通讯作者，西北大学材料科学与工程学院主任约翰·罗杰斯（John A Rogers）通过邮件方式对钛媒体表示，这一研究的意义在于建立了大脑可扩展的途径，并实现了电子与大脑的微创集成。设备可运行数十年，接近人类的生命。

 

大脑是一个很复杂的器官，如果通过CT影像拍摄，只能看到脑内的一处，或是模糊不清地观察到脑内静态情况，人类对于脑部的了解都是片面的。

 

而脑机接口的重要性在于，其可在人或动物脑（或者脑细胞的培养物）与外部设备间建立起直接通路。一方面，脑机设备可以将大脑信号转化为机器可识别的信号，实现对机器的有效控制；另一方面也可以接收来自机器的反馈，从外部实现对大脑的干预。

 

时间回溯到去年7月，特斯拉CEO埃隆.马斯克（Elon Musk）宣布旗下神经科学初创企业Neuralink研发“脑机神经织网”设备N1，将3000多个电极附着在柔韧丝状物上，或将实现大脑意念控制电脑，在此之后，脑机接口的研究推向了公众视野，并成为当下热点。

 

蒋佳翰告诉钛媒体，相比于之前Neuralink等机构的研究，本论文研究重点并不在于脑机接口是否可以与人脑进行联系，而是新的材料是否可以长时间地在大脑内部运作。这一点非常重要，新材料的启用将使得脑机接口可向人们完全使用的方向靠近。

 

当下的脑机植入设备都被密封在激光焊接的钛外壳内，产生类似沉积薄的聚合物，密密麻麻盘布在大脑皮层上，几乎没有空间性可言。但我们都知道，人脑的空间和灵活性至关重要，所以科研人员希望寻找具有与钛外壳相似的隔离材料，但新材料要更轻薄、更柔软，还能够自行分解，让脑机设备可以完整、长期保留下来。

 

经过研究与分析后，最终科研人员发现，二氧化硅是非常适合的电极材料，其小巧轻便，不仅可与大脑之间完美融合，而且二氧化硅具有生物相容性，因此材料可降解，速率也仅为0.46纳米。也就是说，二氧化硅溶解到大脑内部的微量物质都不会产生副作用问题。

 

脑机接口迎来新进展：一千个新材料电极直接植入大脑，可使用数十年

科研人员利用这一电极，开发出一种新型的多重电极阵列，被称为“神经矩阵”，不会穿透脑组织，而是轻轻地停留在其大脑皮层上。神经矩阵中包含1008个电极传感器和高清晰的影像设备，电极用来连接大脑皮层进行反馈和检测，影像设备可让研究人员详细查看大脑活动情况。

 

一切准备就绪之后，科研人员开启了实验流程。他们在动物大脑区域的数千个位置进行采样，将“芯片”（晶体管）直接放置在每个采样位置，使用多路复用技术来扩展、增加感应密度和覆盖范围，实现了多达1000个通道的脑机接入。

 

目前，科研人员已完成数个老鼠和非人类灵长类动物（猴子）的实验，脑机设备持续反馈了一至两年以上，没有任何副作用，实验结果也非常不错。

 

约翰·罗杰斯预测，研制出的新型脑机接口设备可在大脑表面存留6年以上，不会产生负面情况，甚至，这一设备可达到数十年，在人类生命的尽头，脑机接口设备也能够持续运作下去。

 

约翰·罗杰斯对钛媒体表示，目前他们正在扩大“全脑”覆盖的范围，并将数量增加100倍以上，形成视觉假体，从而落地成产品。该研究距离商业落地还有几年的距离。

 

蒋佳翰说，团队希望将该技术分享给全球其他神经科学研究者，能够让人类更快地使用上脑机接口设备。

 

尽管该研究成果还未落地，但不可否认的是，若BCI商业化得以实现，无论是在医疗或是人工智能等高科领域，都将引发巨变。

 

随着全球老龄化的加快，人类易患有神经退行性疾病，加上虚拟VR游戏的普及率逐渐提高，在治疗瘫痪患者，神经系统疾病，睡眠障碍以及研究神经科学等使用场景下，BCI设备的作用也愈加凸显。

 

2019年，医疗终端占BCI市场最大份额，达到37.8%，其中又以北美地区份额最大，约占42.3%。有专家预计，未来BCI需求将大幅提升。

 

脑机接口迎来新进展：一千个新材料电极直接植入大脑，可使用数十年

BCI市场规模

据联合市场研究公司（Allied Market Research）的数据显示，2020年BCI市场规模或将达到14.6亿美元；《报告与数据》（Report and Data）杂志则预测，到2026年，全球BCI市场规模有望达到26.7亿美元，复合年增长率为11.1%。

 

如果从脑机接口可影响到的应用领域来看，不论是医疗、教育还是消费，都将带来远超于十几亿美金的巨额市场空间，未来，BCI可在物联网、电子游戏等多方面的应用落地，这一市场前景非常广阔。

 

但与此同时，该技术的争议不断。去年10月，浙江金华的一所学校，让学生使用脑机接口头环，类似孙悟空“金箍”模样，引起广泛争议。也有人认为，BCI技术对人体存在伤害，也有人认为，这种技术可以颠覆大家对于人脑的理解。

 

从总体来看，由于技术和市场目前都还处在非常早期的阶段，产业规模尚不清晰，也没有相关法律可以遵循，市场存在一定的空白区域。

 

复旦大学附属华山医院副院长毛颖同样表示，未来在与人工智能的共生和融合过程中，如何确保研究方向符合人类利益是值得关注的层面，人工智能的发展会给人类大脑的发展插上翅膀，在这一发展过程中也要密切关注其可能产生的风险并加以控制。