7月6日下午，2023年世界人工智能大會“腦機(jī)智能與數(shù)字生命”主題論壇在上海世博展覽館順利召開。伴隨著人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、科技的不斷進(jìn)步，腦機(jī)接口技術(shù)已經(jīng)掀起一場全新的科技革命，這對推動人類的發(fā)展、社會進(jìn)步都將產(chǎn)生無可預(yù)估的重大受益。
腦虎說，關(guān)于產(chǎn)品，
過去的一年我們在學(xué)術(shù)與商業(yè)上做了很多探索
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縱觀腦機(jī)接口行業(yè)，從1924年BCI雛形的誕生，到1969年美國科學(xué)家Eberhard Fetz首次在猴子腦中植入電極，形成閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控。在經(jīng)歷了理論萌芽、概念論證，直到2015年，來自加州理工神經(jīng)科學(xué)家Richard Andersen成功在一位四肢癱瘓的病人大腦中植入芯片，使其喝到了一口冰啤，腦機(jī)技術(shù)終于有了重大突破。2021年馬斯克的Neuralink成功利用1024通道柔性電極實現(xiàn)猴子打游戲，2022年《Nature》公布數(shù)據(jù)表示人類用意念打字可以實現(xiàn)99%準(zhǔn)確率。全球腦機(jī)接口技術(shù)已然推進(jìn)至產(chǎn)業(yè)發(fā)展期。
在侵入式腦機(jī)接口行業(yè)中，從技術(shù)層面來看主要有三大主要路線，分別是：硅基硬質(zhì)電極系統(tǒng)、血管電極系統(tǒng)以及柔性電極系統(tǒng)。其中血管電極系統(tǒng)的代表是美國的Synchron公司，這項技術(shù)主要是通過血管微創(chuàng)植入電極，不用開顱，但采集信號能力有限，且因為血管支架一旦植入是不可逆的，還會存在長期在體的不穩(wěn)定性。柔性電極系統(tǒng)是以馬斯克為代表的技術(shù)路線，腦虎科技也選擇這條技術(shù)路線，利用MEMS技術(shù)制造高通量電極，然后通過機(jī)器人開顱自動完成微創(chuàng)植入。據(jù)悉，三周前，美國FDA正式批準(zhǔn)了Neuralink的科研臨床試驗，這對整個行業(yè)都有很大振奮作用。
科技新成果發(fā)布：
七項成果，橫跨學(xué)術(shù)、臨床及商業(yè)化
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- 絲蛋白神經(jīng)光電極：利用絲蛋白與MEMS電極混合的多模態(tài)電極，用來實現(xiàn)大腦神經(jīng)解析與調(diào)控。在蠶絲蛋白做的光纖外部包裹上MEMS電極，實現(xiàn)了用光來刺激，同時用MEMS來采集一個完整的多模態(tài)的閉環(huán)調(diào)控。其次，因為蠶絲原本的柔軟性，可以使其在一定強(qiáng)度內(nèi)的光耗控制的很好，植入時是硬質(zhì)的，植入后就會變軟，比傳統(tǒng)的石英光纖低4個數(shù)量級，可實現(xiàn)在體適應(yīng)性植入，MEMS電極能夠支持高質(zhì)量128通道的信號采集。
- 類蚊口器仿生柔性神經(jīng)探針電極：利用類似于蚊子獨特的口器結(jié)構(gòu)，好比是一個外部較硬的物質(zhì)，撐開結(jié)構(gòu)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，植入之后柔性電極能夠精準(zhǔn)采集，而且可調(diào)節(jié)的梭針長度，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個腦區(qū)的植入，適應(yīng)不同類型大腦表面的形態(tài)。無需進(jìn)行硬腦膜移除手術(shù)且植入避開血管損傷，因為每一跟探針背后都有一個非常高靈敏度的觸覺傳感器陣列，可以準(zhǔn)確探測到在組織體內(nèi)是碰到腦組織還是碰到血管。術(shù)后信號采集具有出色表現(xiàn)，12小時之內(nèi)就能采集到高質(zhì)量的單神經(jīng)元的Spike信號。
實驗對象是腦虎科技的動物員工，2歲的拉布拉多犬「尼奧」和7歲恒河猴「悟空」，它們分別完成了腦機(jī)接口的電極植入手術(shù)，在植入256通道皮層電極后均可采集LFP信號，「尼奧」成功實現(xiàn)運動解碼，「悟空」成功實現(xiàn)通過意念打游戲的實驗效果。通過兩項動物實驗顯示，腦虎科技目前已實現(xiàn)了腦機(jī)接口系統(tǒng)從電極制備、信號采集、神經(jīng)解碼的全鏈條100%自研。
2023年3月17日的犬類實驗中的運動軌跡高精度解碼，已成功完成多模態(tài)信號采集及復(fù)雜系統(tǒng)建模，實時解碼實現(xiàn)腦電控制，未來將在醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域有更多的應(yīng)用場景。彭雷表示，在訓(xùn)練的環(huán)境下，軟件跟解碼都是實時完成。這應(yīng)該是國內(nèi)第一次犬類用皮層電極實現(xiàn)運動的解碼，尼奧同學(xué)非常配合的完成了此次手術(shù)，術(shù)后的精神和情緒上良好，我們很欣慰獸醫(yī)跟臨床醫(yī)生非常重視動物關(guān)愛。
2023年5月26日的恒河猴實驗顯示， 植入之后，采集腦電及猴子的手臂信號做解碼。通過全套的自研設(shè)備可實時采集256通道的皮層腦電信號，完成恒河猴運動意圖的連續(xù)解碼，并利用實時解碼數(shù)據(jù)讓猴子通過意念控制繼續(xù)游戲，達(dá)到“腦控”效果。為將來的腦控實驗打下堅實的科研基礎(chǔ)，是邁向臨床實驗的第一步。彭雷說，我們斷開了它的插頭，讓它能夠繼續(xù)被解碼，這是整個實驗里面最重要的范式目的，我們非常有效的實現(xiàn)了這個效果，這是腦虎第一例在恒河猴上完成腦機(jī)接口打游戲的動物實驗。
腦虎說：我們不僅在動物實驗上取得了進(jìn)展，
在科研臨床方面也有新的突破
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腦虎科技表示，在動物實驗上取得了進(jìn)展之后，下一步就是上人的計劃，但同時要面臨著法規(guī)、倫理、包括對病人的價值跟保護(hù)諸多挑戰(zhàn)。腦虎科技在科研臨床方面得到了來自醫(yī)院方的支持，因此在科研臨床方面也有了新的突破。
2023年6月｜34歲女性患者｜基于柔性皮層腦機(jī)接口技術(shù)，實現(xiàn)重要腦功能區(qū)定位。
2023年5月｜44歲女性患者｜基于柔性皮層腦機(jī)接口技術(shù)，實現(xiàn)漢語言解碼與合成。
2023年2月｜42歲男性患者｜順利完成一項256通道柔性深部電極的植入手術(shù)，實現(xiàn)單神經(jīng)元Spike信號記錄。
至此，此次腦虎科技最新科研進(jìn)展的七項成果已全部發(fā)布，腦虎科技表示，“前兩項是來自我們科學(xué)家團(tuán)隊的學(xué)術(shù)沉淀，腦虎雖然很年輕，但在產(chǎn)品研發(fā)上一直在努力迭代，我們在這些動物實驗跟臨床層面上的進(jìn)展還是非常快的，這是我們自豪的一點。”
本次論壇上，腦虎科技還針對科研及醫(yī)療市場發(fā)布了新產(chǎn)品，分別是兩款柔性電極植入手術(shù)機(jī)器人FlexShuttle、FlexShuttle Mini和腦電采集芯片M2。
柔性電極植入手術(shù)機(jī)器人—FlexShuttle擁有高精度多級精度視覺模塊設(shè)計，深度學(xué)習(xí)結(jié)合雙目定位，智能識別、精準(zhǔn)鎖定；借助5+1自由度機(jī)械臂，可以滿足大范圍全方位覆蓋顱骨，末端動作最高5g加速度，操控更容易；多模態(tài)傳感檢測實現(xiàn)自動安全停止的顱骨開孔；可兼容兼容鎢針穿刺柔性電極、蠶絲蛋白電極操作。
柔性電極植入手術(shù)機(jī)器人—FlexShuttle Mini可以基于標(biāo)準(zhǔn)大小鼠腦定位圖譜的3D腦區(qū)模型，最優(yōu)化計算手術(shù)路徑，實現(xiàn)“所想即所得”的定制化；雙目視覺識別定位結(jié)合360°全方位串聯(lián)機(jī)械臂，實現(xiàn)“所見即所達(dá)”的易操作；系統(tǒng)精度達(dá)200μm，最小步盡量50μm，實現(xiàn)可指定腦區(qū)的精準(zhǔn)到位；統(tǒng)一接口快換裝置，自由切換顱鉆、植入儀、光纖、微型注射器。
去年腦虎科技發(fā)布了第一代芯片M1，腦虎稱是基礎(chǔ)技術(shù)的積累，并沒有正式出貨。此次的腦電采集芯片M2，是腦虎科技自主研發(fā)的64通道數(shù)模混合芯片，采用全自研16bit高精度ADC模塊，裸片面積比國外競品減小30%，兼容主流信號采集設(shè)備，據(jù)腦虎科技透露，M2產(chǎn)品已經(jīng)與醫(yī)院方、高校機(jī)構(gòu)等達(dá)成了商業(yè)化落地意向，M2預(yù)計將在明年第二季度推向市場。
腦科學(xué)經(jīng)歷了50多年的發(fā)展，也出現(xiàn)了一些痛點，這些痛點跟人工智能AI的主場面對的痛點是非常類似的。對于產(chǎn)品的多樣化和軟硬件不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)和算法的不統(tǒng)一等問題，腦虎科技還發(fā)布了面向全球腦科學(xué)家的開放平臺，將軟硬件產(chǎn)品線進(jìn)行統(tǒng)一架構(gòu)。
腦虎科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO彭雷在現(xiàn)場介紹，平臺將涉及到信號處理、頻譜動捕、通道選擇、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解碼、運動軌跡預(yù)測的算法未來都將會開放開源。希望通過開放平臺，讓全球腦科家學(xué)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可累計、算法的可分享，然后讓整個生態(tài)的迭代速度變快。
此外，彭雷呼吁，希望更多從事腦科學(xué)領(lǐng)域的，無論是科學(xué)家、醫(yī)生、學(xué)者或者行業(yè)伙伴，一起加入建設(shè)開放平臺，通過打造BCI生態(tài)圈，讓腦科學(xué)也能像AI賦能于千行百業(yè)一樣，以AI的迭代速度快速跑起來。
腦機(jī)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(wǎng)格一般，逐步滲透到我們的熟悉的領(lǐng)域，打造BCI+的生態(tài)圈，如同本次論壇上涉及到的腦機(jī)+類器官、腦機(jī)+脊髓等，終將會形成一座閉環(huán)的神經(jīng)橋。BCI的未來有無限可能，生態(tài)圈的邊界需要不斷探索。
近期AGI大火，很多人會將腦機(jī)接口與之關(guān)聯(lián)。腦機(jī)接口（BCI）與通用人工智能（AGI）是一個互相融合的過程，碳基生命跟硅基生命未來一定會走到一起。
這兩件事可以看成是一座橋的兩端，AGI用全人類的數(shù)據(jù)、語料庫、反復(fù)訓(xùn)練成一個超大語言模型，最終這個模型不會產(chǎn)生意識和認(rèn)知。而腦機(jī)接口的本質(zhì)是將人類如星辰大海般的大腦進(jìn)行解析，嘗試將它變成電腦可以理解的算法跟數(shù)據(jù)。
人類大腦是宇宙中目前已知最復(fù)雜的事物，探索大腦本身是一項?常艱巨且充滿挑戰(zhàn)的事業(yè)，2023年的WAIC已圓滿落幕，隨著腦機(jī)接口科研成果的發(fā)布，這項技術(shù)勢必掀起新一輪的科技浪潮。明年腦虎科技將會持續(xù)探索更多的科技進(jìn)步，期待關(guān)注！
