高速神經(jīng)寬帶接口，讓大腦和計算機之間傳輸速度達新高

腦機接口項目中所需的人造植入設備將于2021年開(kāi)始進(jìn)行臨床試驗。

近日，美國國防高級研究計劃局(DARPA)關(guān)于腦機接口的項目又有了新進(jìn)展，其中參與該項目的一家名為Paradromics的初創(chuàng )公司表示，現在正在致力于開(kāi)發(fā)一種將大腦連接到計算機的新技術(shù)，將實(shí)現以每秒千兆比特的速度傳輸數據，從而創(chuàng )建高速的神經(jīng)寬帶接口。

此前7月份的時(shí)候，Paradromics獲得了美國國防部高級研究計劃署資助的1800萬(wàn)美元，以用來(lái)開(kāi)發(fā)人造植入設備?，F在，該公司表示，預計將于2021年開(kāi)始針對該設備進(jìn)行臨床試驗。

近期，該公司專(zhuān)注于研發(fā)一種“皮質(zhì)調制解調器”來(lái)恢復失去談話(huà)能力的人的語(yǔ)言表達功能，如幫助物理學(xué)家史蒂芬·霍金的Lou Gehrig病患者。

對此，Paradromics公司首席執行官Matt Angle表示：“當您將大腦連接到電腦時(shí)，您可以將大腦連接到計算機的任何硬件配置上，實(shí)現如語(yǔ)音、視頻等功能。醫學(xué)上，醫生無(wú)法輕易地讓人的眼睛重新看見(jiàn)光明。但是，通過(guò)用腦機接口代替人體的神經(jīng)連接，可以顯著(zhù)改善此前麻煩不斷的生活。”

目前，關(guān)于腦機接口技術(shù)的最新進(jìn)展是癱瘓患者可以利用大腦的意識，通過(guò)神經(jīng)植入物來(lái)控制假肢，該技術(shù)甚至讓使用者對假肢的接觸有些微的感覺(jué)。同時(shí)，在視覺(jué)研究領(lǐng)域，已有一種視網(wǎng)膜植入物可以通過(guò)腦機接口技術(shù)實(shí)現對視網(wǎng)膜色素沉著(zhù)癥患者的視覺(jué)的“恢復”。

但是該領(lǐng)域的一個(gè)重大突出問(wèn)題還在于如何快速地向大腦發(fā)送更多信息，換言之，就是如何增加信號傳輸的帶寬。

現在最先進(jìn)的技術(shù)，體現在一個(gè)叫做猶他陣列的系統中，該系統一次可以在大腦中安裝128個(gè)電極。

但Paradromics希望，當猶他陣列部署到幾十個(gè)電極的情況下，獨立信道的數量可以達到數十萬(wàn)個(gè)。對此，Angle說(shuō)道：“如果100個(gè)信道就可以達到現在的水平，那十萬(wàn)個(gè)甚至一百萬(wàn)個(gè)信道可以做的就非常之多了。”

為此，該公司正在開(kāi)發(fā)神經(jīng)輸入輸出總線(xiàn)（NIOB），以實(shí)現一種能夠閱讀和刺激大腦的腦調制解調器。NIOB采用的是可擴展的模塊化設計，每個(gè)厘米寬的芯片可容納約50000個(gè)超薄的微線(xiàn)，該芯片放置在大腦上。

其中，每個(gè)微線(xiàn)連接3-5個(gè)個(gè)體神經(jīng)元，故而NIOB可以通過(guò)與神經(jīng)元的電活動(dòng)相互作用實(shí)現信號的傳輸。每次神經(jīng)元發(fā)射信號時(shí)，就會(huì )釋放電脈沖，而這些脈沖會(huì )被微線(xiàn)記錄下來(lái)。通過(guò)微線(xiàn)，大腦能夠與計算機實(shí)現數據信息的互換。

據了解，布朗大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)也在共同進(jìn)行此項目的研究。

值得注意的是，為了達到預期的信號強度，目前微絲必須放置在腦中，這意味著(zhù)植入NIOB需要進(jìn)行一次風(fēng)險極高的手術(shù)。

對此，Angel表示，腦外科手術(shù)雖然是侵入性的，但人們需要它。

隨著(zhù)項目的一步步推進(jìn)，腦機接口技術(shù)將會(huì )愈加成熟，但筆者認為，采取侵入性的方式終究不是優(yōu)選，未來(lái)可以融合新材料等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現非侵入式腦機接口，以實(shí)現技術(shù)的完善，并減少對患者的傷害。

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