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欧博客户端下载(www.aLLbetgame.us):探营天下人工智能〖neng〗大会:脑机接口有望『wang』用于治疗渐冻症<zheng>、失语「yu」症等

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分类:科技

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实习记者 李馨婷

2021天下人工智能大会即将于7月8日-10日在上海世博中央召开。7月5日,界面新闻记者来到《dao》中科院上海微系统所探访,提前明了AI科技的魅力。在这里,记者见到了由微系统所自主开发的“免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口”。

脑机接口是一种毗邻大脑与盘算机或其他外部装备的通道,可在大脑与装备之间确立实时双向毗邻,实现信息交流。脑机接口的研究在20世纪90年月末最先起步,涉及神全心理学、盘算机科学和工程学等多学科交织手艺。

传统意义上对脑机接口的研究是为了展现并行使大脑的运作原理,缔造治疗方式为失去流动能力的患者恢复行动和感受能力。近期研究解释脑机接口的应用已经扩展了最初的目的,可以作为人的《de》延伸,控制机械人和取代身四肢的其他外接装备。

据先容,中科院上海微系统所开发的免开颅微创《chuang》植入式高通量柔性脑机接口手艺,现在处于动物实验阶段,正在申请临床《chuang》试验伦理,获得临床伦理审批后可用于临床重大脑疾病诊治和脑功效探索,是解决渐冻症、高位截瘫、癫痫等重大脑疾病的主要手段,也是“人机物”三元共融万物感知的焦点手艺。

免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口系统分为前端柔性深部电极器件、中端转接单元、后端脑电信号采集传输模块、生物兼容封装质料四部门。现在,该系统已应用于鼠、兔、猴等多种动物模子,并能够实现术后急性信号(术后30min内)采集和长达8个月的稳固神经信号跟踪。

有线传输小鼠神经信号纪录系统。摄影:李馨婷

脑机接口研究正在快速生长,并有着普遍『bian』的临床应用远景。前段时间,两个脑机接口实验引发普遍讨论。

2021年4月9日,埃隆・马斯克开办的专门研究脑机接口的科技公司Neuralink宣布了一条视频,9岁恒河猴Pager在通过“意念”玩一款名为MindPong的电脑游戏。凭证视频先容,实验原理是在Pager的大脑植入脑机接口,训练Pager学会控制摇杆玩游戏,纪录它控制摇杆历程中的大脑神经信号,及对应手臂动作,以此解码Pager的大脑信号。脱离摇杆后,当Pager试图移动光标,发生的大脑信号被脑机接口系统解码,转化为光标的移动,从而实现用“意念”玩游戏。

Pager通过脑机接口玩电脑游戏,Pager所握为食物运送管,不用于控制游戏。图片泉源:Neuralink官网视频截图

2021年5月13日,《自然》杂志宣布封面文章,斯坦福大『da』学的研究者确立了一套脑机接口系统,将脑机接口与人工智能连系,辅助一位高位截瘫患者完成“誊写”事情。这一“誊写”历程并非用手举行,而是通过脑机接口系统,将大脑控制“手写”的神经信号解码,再将解码后的信息实时转化为字母,从而形成文本,实现了脱离肢体限制的“脑写”。

在斯坦福大学的研究项目中,研究者将两个硬质电『dian』极置入被试的大脑。介入项目的自愿者是一名因脊髓受伤而失去脖子【zi】以下险些所有运动能力的60岁男性,研究者要求他想象自己正在誊写字母,并纪录下此时的大脑神经信号,将其作为素材训练AI算法,由此解码神经信号,推测被试手部运动。

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以上两个实验都是接纳植入式脑机接口,相比非植入式脑机接口,获取大脑神经信号噪音更少、准确性更高,加入本次天下人工智能大会的“免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口”也是接纳这莳植入式脑机接口。

中科院上海微系统与信息手艺研究所副所长、研究员陶虎对界面新闻指出,这两个案例是现在全球局限内最乐成的植入式脑机接口实验,从中也可以看出植入式脑机接口要投入使用所面临的难点,陶猛将其总结为“欠好用”和“不能用”两点。

“欠好用”体现在电极通道数目不足。他指出,脑机接口的电极可以说是大脑信号网络器,随着电极通道数增添,可同时纪录和调控的神经元数目增添,对大脑信号的剖析、控制、反馈能力可呈指数式增进。正凡人类大脑有800亿以上的神经元,而马斯克的恒河猴实验中,其单器件也仅有约1000个通道,可以网络到的大脑神经信号异常有限,因此脑机接口迫切要解决的问题是若何增添电极通道数。

陶虎注释,“不能用”指的是植入式脑机接口在人体使用有很大限制。脑机接口的电极植入需要做较大规模的开颅手术,这意味着将患者颅骨割开,露出出大脑,将电极植入,再把颅骨盖上,这一系列操作会带来较大创伤。因此一样平常只有生涯受到极大阻碍〖ai〗的人,如斯坦福大学实验中的高位截瘫患者,才会在权衡风险和收益后接受这样的手术。

另外,他指出,斯坦福大学的实验中,植入患『huan』者大脑的是硬质电极,但硬质电极是不适合植入大脑的。由于大脑是被颅骨包裹,一样平常情形下,头部可以自由流动,而头部运动时,大脑会在颅骨内晃动,导致牢靠在颅骨上的电极切割大脑,引起脑部发炎,而且会在大脑内形成神经瘢痕,将电极包裹起来,导致电极失效。正是由于高位截瘫患者的头部无法移动,斯坦福大学的实〖shi〗验才得以举行

总的来说,电极通道数少、植入手术创口大、硬质电极植入会损伤大脑且电极失效,是植入式脑机接口面临的主要难点。中科院“免开颅微创植入式高通量『liang』柔性脑机接口”项目正是对这些难点举行了针对性的解决。

陶虎告诉界面新闻记者,针对电“dian”极通道数不够的问题,免开颅微创植入式高通量柔性脑机{ji}接口改变传统的手动或半自动组装方式,改用集成电路制作电极。集成电路可以把成千上万甚至成亿个器件集成在一个芯片上,行使集成电路的方式可以大规模提高单个器件中的“de”通道数,提高神经信号采集和调控的数据量。

免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口使用的2640通道深度电极。摄影:李馨婷

据先容,针对硬质电极的问题,免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口使用柔性电极“ji”。柔性电极相当于大脑中有一根‘gen’线,它可以追随「sui」大脑晃动,不会发生切割征象。现在的动物实验中,脑机接口已植入8个月,动物在苏醒状态下自由流动,信号状态稳固,仍在连续纪录中。

Neuralink的实验中也接纳柔性电极,但凭证陶虎注释,Neuralink所使用的柔性〖xing〗电极需要用钢针辅『fu』助插入大脑,因此仍需要开颅手术,会造成较大创口。本项目使用了一种特殊方式,把柔性电极暂时固化,插入大脑后再变软,因此不需要钢针带入,只需在颅骨上开1毫米不到的小口即可完成植入,比马斯克所用手艺的创口小100倍到1000倍。创口这样小的意义在于人体可以自行愈合,较之开颅手术,恢复期缩短不少。

现在,免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口手艺已在小鼠、大鼠、兔、猴身上完成实验,其中猴已经是最靠近人类的动物模子。

探营现场还展示了自着手术植入机械人,在植入历程中,脑机接口通过脑立体定位仪精准找出所需植入的脑区,可视化电极在脑谱图的位置,并使用自着手术机械人完成微创植入。该历程实现了10微米级别精度控制,节约80%的植入时间成本,最终植入尺度小于输液针孔口径。

无线传输兔子神经信号纪录系统。图片泉源:浦东融媒体中央

陶虎告诉记者,脑机接口在不久的未来会用于临床研究,主要针对渐冻症、高位截瘫,和失语症。这三个病症都属于运动感知功效受损,通过脑机接口可以恢复语言、运动能力。虽然患者不能语言,但可以用意念合成语言,而且可以选择合成哪种语言。虽然患者自己的肢体不能动,但可以用意念控制外部机械装备。

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    2021-08-19 00:11:20 

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