7月6日下午,2023年世界人工智能大会“脑机智能与数字生命”主题论坛在上海世博展览馆顺利召开。伴随着人工智能、神经生物学、科技的不断进步,脑机接口技术已经掀起一场全新的科技革命,这对推动人类的发展、社会进步都将产生无可预估的重大受益。
脑虎说,关于产品,
过去的一年我们在学术与商业上做了很多探索
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纵观脑机接口行业,从1924年BCI雏形的诞生,到1969年美国科学家Eberhard Fetz首次在猴子脑中植入电极,形成闭环神经调控。在经历了理论萌芽、概念论证,直到2015年,来自加州理工神经科学家Richard Andersen成功在一位四肢瘫痪的病人大脑中植入芯片,使其喝到了一口冰啤,脑机技术终于有了重大突破。2021年马斯克的Neuralink成功利用1024通道柔性电极实现猴子打游戏,2022年《Nature》公布数据表示人类用意念打字可以实现99%准确率。全球脑机接口技术已然推进至产业发展期。
在侵入式脑机接口行业中,从技术层面来看主要有三大主要路线,分别是:硅基硬质电极系统、血管电极系统以及柔性电极系统。其中血管电极系统的代表是美国的Synchron公司,这项技术主要是通过血管微创植入电极,不用开颅,但采集信号能力有限,且因为血管支架一旦植入是不可逆的,还会存在长期在体的不稳定性。柔性电极系统是以马斯克为代表的技术路线,脑虎科技也选择这条技术路线,利用MEMS技术制造高通量电极,然后通过机器人开颅自动完成微创植入。据悉,三周前,美国FDA正式批准了Neuralink的科研临床试验,这对整个行业都有很大振奋作用。
科技新成果发布:
七项成果,横跨学术、临床及商业化
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- 丝蛋白神经光电极:利用丝蛋白与MEMS电极混合的多模态电极,用来实现大脑神经解析与调控。在蚕丝蛋白做的光纤外部包裹上MEMS电极,实现了用光来刺激,同时用MEMS来采集一个完整的多模态的闭环调控。其次,因为蚕丝原本的柔软性,可以使其在一定强度内的光耗控制的很好,植入时是硬质的,植入后就会变软,比传统的石英光纤低4个数量级,可实现在体适应性植入,MEMS电极能够支持高质量128通道的信号采集。
- 类蚊口器仿生柔性神经探针电极:利用类似于蚊子独特的口器结构,好比是一个外部较硬的物质,撑开结构再用柔性的吸管来吸血。这样植入的特点是,植入时能保持较好的硬度,植入之后柔性电极能够精准采集,而且可调节的梭针长度,能够实现对多个脑区的植入,适应不同类型大脑表面的形态。无需进行硬脑膜移除手术且植入避开血管损伤,因为每一跟探针背后都有一个非常高灵敏度的触觉传感器阵列,可以准确探测到在组织体内是碰到脑组织还是碰到血管。术后信号采集具有出色表现,12小时之内就能采集到高质量的单神经元的Spike信号。
实验对象是脑虎科技的动物员工,2岁的拉布拉多犬「尼奥」和7岁恒河猴「悟空」,它们分别完成了脑机接口的电极植入手术,在植入256通道皮层电极后均可采集LFP信号,「尼奥」成功实现运动解码,「悟空」成功实现通过意念打游戏的实验效果。通过两项动物实验显示,脑虎科技目前已实现了脑机接口系统从电极制备、信号采集、神经解码的全链条100%自研。
2023年3月17日的犬类实验中的运动轨迹高精度解码,已成功完成多模态信号采集及复杂系统建模,实时解码实现脑电控制,未来将在医疗、军事等领域有更多的应用场景。彭雷表示,在训练的环境下,软件跟解码都是实时完成。这应该是国内第一次犬类用皮层电极实现运动的解码,尼奥同学非常配合的完成了此次手术,术后的精神和情绪上良好,我们很欣慰兽医跟临床医生非常重视动物关爱。
2023年5月26日的恒河猴实验显示, 植入之后,采集脑电及猴子的手臂信号做解码。通过全套的自研设备可实时采集256通道的皮层脑电信号,完成恒河猴运动意图的连续解码,并利用实时解码数据让猴子通过意念控制继续游戏,达到“脑控”效果。为将来的脑控实验打下坚实的科研基础,是迈向临床实验的第一步。彭雷说,我们断开了它的插头,让它能够继续被解码,这是整个实验里面最重要的范式目的,我们非常有效的实现了这个效果,这是脑虎第一例在恒河猴上完成脑机接口打游戏的动物实验。
脑虎说:我们不仅在动物实验上取得了进展,
在科研临床方面也有新的突破
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脑虎科技表示,在动物实验上取得了进展之后,下一步就是上人的计划,但同时要面临着法规、伦理、包括对病人的价值跟保护诸多挑战。脑虎科技在科研临床方面得到了来自医院方的支持,因此在科研临床方面也有了新的突破。
2023年6月|34岁女性患者|基于柔性皮层脑机接口技术,实现重要脑功能区定位。
2023年5月|44岁女性患者|基于柔性皮层脑机接口技术,实现汉语言解码与合成。
2023年2月|42岁男性患者|顺利完成一项256通道柔性深部电极的植入手术,实现单神经元Spike信号记录。
至此,此次脑虎科技最新科研进展的七项成果已全部发布,脑虎科技表示,“前两项是来自我们科学家团队的学术沉淀,脑虎虽然很年轻,但在产品研发上一直在努力迭代,我们在这些动物实验跟临床层面上的进展还是非常快的,这是我们自豪的一点。”
本次论坛上,脑虎科技还针对科研及医疗市场发布了新产品,分别是两款柔性电极植入手术机器人FlexShuttle、FlexShuttle Mini和脑电采集芯片M2。
柔性电极植入手术机器人—FlexShuttle拥有高精度多级精度视觉模块设计,深度学习结合双目定位,智能识别、精准锁定;借助5+1自由度机械臂,可以满足大范围全方位覆盖颅骨,末端动作最高5g加速度,操控更容易;多模态传感检测实现自动安全停止的颅骨开孔;可兼容兼容钨针穿刺柔性电极、蚕丝蛋白电极操作。
柔性电极植入手术机器人—FlexShuttle Mini可以基于标准大小鼠脑定位图谱的3D脑区模型,最优化计算手术路径,实现“所想即所得”的定制化;双目视觉识别定位结合360°全方位串联机械臂,实现“所见即所达”的易操作;系统精度达200μm,最小步尽量50μm,实现可指定脑区的精准到位;统一接口快换装置,自由切换颅钻、植入仪、光纤、微型注射器。
去年脑虎科技发布了第一代芯片M1,脑虎称是基础技术的积累,并没有正式出货。此次的脑电采集芯片M2,是脑虎科技自主研发的64通道数模混合芯片,采用全自研16bit高精度ADC模块,裸片面积比国外竞品减小30%,兼容主流信号采集设备,据脑虎科技透露,M2产品已经与医院方、高校机构等达成了商业化落地意向,M2预计将在明年第二季度推向市场。
脑科学经历了50多年的发展,也出现了一些痛点,这些痛点跟人工智能AI的主场面对的痛点是非常类似的。对于产品的多样化和软硬件不统一、数据和算法的不统一等问题,脑虎科技还发布了面向全球脑科学家的开放平台,将软硬件产品线进行统一架构。
脑虎科技联合创始人兼CEO彭雷在现场介绍,平台将涉及到信号处理、频谱动捕、通道选择、神经网络解码、运动轨迹预测的算法未来都将会开放开源。希望通过开放平台,让全球脑科家学实现数据的可累计、算法的可分享,然后让整个生态的迭代速度变快。
此外,彭雷呼吁,希望更多从事脑科学领域的,无论是科学家、医生、学者或者行业伙伴,一起加入建设开放平台,通过打造BCI生态圈,让脑科学也能像AI赋能于千行百业一样,以AI的迭代速度快速跑起来。
脑机接口的未来,无论是侵入式、非侵入式,都会具备多方向可延展的想象空间,好比蜂窝网格一般,逐步渗透到我们的熟悉的领域,打造BCI+的生态圈,如同本次论坛上涉及到的脑机+类器官、脑机+脊髓等,终将会形成一座闭环的神经桥。BCI的未来有无限可能,生态圈的边界需要不断探索。
近期AGI大火,很多人会将脑机接口与之关联。脑机接口(BCI)与通用人工智能(AGI)是一个互相融合的过程,碳基生命跟硅基生命未来一定会走到一起。
这两件事可以看成是一座桥的两端,AGI用全人类的数据、语料库、反复训练成一个超大语言模型,最终这个模型不会产生意识和认知。而脑机接口的本质是将人类如星辰大海般的大脑进行解析,尝试将它变成电脑可以理解的算法跟数据。
人类大脑是宇宙中目前已知最复杂的事物,探索大脑本身是一项⾮常艰巨且充满挑战的事业,2023年的WAIC已圆满落幕,随着脑机接口科研成果的发布,这项技术势必掀起新一轮的科技浪潮。明年脑虎科技将会持续探索更多的科技进步,期待关注!
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