比马斯克Neuralink工艺更先进！我国成功开展首例侵入式脑机接口临床试验
量子位官方账号一水 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
用意念操控万物的“脑机接口”，就这样离我们更近了？！
据央妈最新报道，我国已成功开展首例侵入式脑机接口临床试验——
一位因意外事故导致四肢截肢的男子，现在仅凭意念就能玩五子棋游戏、发短信等等。
这项研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心，联合复旦大学附属华山医院以及相关企业合作完成。
其成功标志着，除了马斯克的Neuralink，我国成为全球第二个进入侵入式脑机接口技术临床试验阶段的国家。
而且所植入的神经电极目前全球尺寸最小、柔性最强——
植入体仅硬币大小（为Neuralink产品1/2），超柔性电极约为头发丝的1/100（超过Neuralink百倍）。
对于这一新进展，网友们除了纷纷感叹科幻照进现实，更有脑洞大开的同学表示：
以后能直接把课本植入进去了（不想学可以直说~doge）
幻想归幻想，但目前已经能确定下一步研究方向——
短期会尝试让受试者使用机械臂，使他可以在物理生活中完成抓握、拿杯子等操作。
长期还可能涉及对复杂物理外设进行控制，例如对机器狗、具身智能机器人等智能设备的控制，拓展生活边界。
而以上这些目标的实现，均离不开团队在脑机接口软硬件方面所取得的突破——
用上了半导体加工工艺
作为一种侵入式脑机接口（需要通过微创手术将电极植入大脑），团队在硬件设计上核心追求一个目标：
最大程度降低对脑组织的损伤。
就是说，所植入的神经电极需要尽可能小、尽可能柔软。
而经过不懈努力，团队新研制的神经电极已达到“全球尺寸最小、柔性最强”的水准。
其横截面积仅为Neuralink所使用电极的1/5—1/7，柔性超过Neuralink百倍，尺寸仅约头发丝的1/100。
并且新研制的植入体仅硬币大小，直径26毫米、厚度不到6毫米，是全球最小尺寸的脑控植入体，为Neuralink产品的1/2。
按照团队的说法，半导体加工工艺+先进技术，电极进入大脑后“几乎没有异物感”。
神经电极利用了半导体加工工艺，将电极尺寸加工到跟大脑中神经元组织相似的大小。
同时，神经电极的柔软程度，跟大脑神经元之间相互作用、相互碰撞的力是同样量级。这样保证它既小又柔软，在大脑中可以长期稳定工作。
当顺利完成电极植入后，接下来的问题是如何保持长期稳定运转。
要知道马斯克的Neuralink在这方面已经翻过车，几乎临床试验刚迎来100天，受试者体内的电极连接线就出现“脱落”现象。
而导致各种故障的最大因素，无疑在于一般的微尺度传感器容易被体液腐蚀。
对此，团队依旧是在设备工艺和结构等方面下功夫。
我们把半导体领域的一些可靠标准、技术，引入到核心器件的加工中，保证了良好的生物相容性，良好的精细信号采集能力。
一言以蔽之，由于引入了半导体工艺，新的神经电极具备长时间信号采集能力。
研究人员透露，目前这款设备植入脑中的使用寿命为5年。
另外除了硬件，团队通过优化算法来保证实时人机交互。
其中最关键的环节是实时在线解码，即系统需在十几毫秒窗口期内完成神经信号的特征提取、运动意图解析及控制指令生成全流程。
要实现这一目标，团队面临的核心挑战是：建立毫秒级高精度响应的闭环控制链路，适应神经信号的非平稳性。
对此，团队通过自主研发的在线学习框架，创造性实现了神经解码器的动态优化（采用自适应调节机制）。
总之在最新临床实验中，这位因高压电事故导致四肢截肢的37岁男性已经初步验证了设备的有效性及稳定性。
团队表示，自今年3月其大脑植入脑机接口设备以来，系统运行稳定，术后至今一个多月未出现感染和电极失效的情况。
而且仅用2—3周的适应性训练，受试者便可以通过意念控制触摸板在电脑上下象棋、玩赛车游戏等。
达到了跟普通人控制电脑触摸板相近的水平。
不过有一说一，相关效果仍然需要更长时间验证~
还能继续升级换代
事实上，在正式展开临床试验前，该设备的安全性和功能性已经在猕猴中得到验证。
当然更关键的是，它还验证了植入体通过二次手术升级换代的可行性。
具体而言，当第一次植入平稳运行一段时间后，研究人员将植入体从猕猴大脑中安全取出；然后更换新植入体并在同一个颅骨开孔位置完成二次植入。
实验结果显示，术后系统持续运行稳定，同样未出现感染和电极失效的情况。并且经过特殊训练的猕猴，也能快速适用新系统并实现“意念控制”光标移动。
也就是说，即使5年设备试用期到了，也能继续更新换代。
未来，该研究有望显著改善完全性脊髓损伤、双上肢截肢及肌萎缩侧索硬化症患者等群体的生存质量。
参考链接：
