《阿凡達(dá)》電影中曾有這樣的一幕：主角杰克借助被頭發(fā)包裹住的神經(jīng)接口，與潘多拉星球上的生物建立起連接。他可以遠(yuǎn)程感受生物的呼吸，也可以將自己的想法分享給這些生物。

這種看起來極具未來感的畫面，正在借助腦機(jī)接口技術(shù)變成現(xiàn)實(shí)。

日前，美國研發(fā)團(tuán)隊(duì)宣稱開發(fā)出的一種新神經(jīng)植入物——高密度透明石墨烯陣列。它是一種纖薄、柔性、細(xì)長(zhǎng)的超薄聚合物薄膜，內(nèi)含極小電極。僅需緊貼大腦表層，便可以推斷出表層以及更深層次的神經(jīng)活動(dòng)。這為腦機(jī)接口技術(shù)帶來了新的可能。 

這項(xiàng)研究中最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于，新的植入物是完全透明的。研究人員可以直接發(fā)射激光穿過薄膜，依靠雙光子顯微鏡便可實(shí)時(shí)描繪出腦層表面以下0.25毫米的神經(jīng)元關(guān)鍵成分，這給研發(fā)人員帶來了極大的便利。

此外，完全透明的植入物也為顯微鏡提供了更加清晰的視野，減少了以往石墨烯陣列造成的陰影，使得無干擾的成像實(shí)驗(yàn)成為可能。

腦機(jī)接口技術(shù)發(fā)展已久，但對(duì)人體有一定傷害的侵入式接口一直存在安全風(fēng)險(xiǎn)問題。

由于人腦非常柔軟，侵入式的電極很容易給大腦造成不可逆的損傷。想用非侵入電極獲取到大腦深層的信號(hào)，需要將硬質(zhì)電極植入大腦皮層組織。

但將這種鋼針式的植入物插入大腦，極易引發(fā)人體排異反應(yīng)。異物會(huì)把電極包裹起來，導(dǎo)致腦電信號(hào)質(zhì)量隨著時(shí)間推移逐漸衰減。一旦電極失效，還需要把它從腦組織中重新拿出來，進(jìn)而在大腦皮層上留下缺口，引發(fā)炎癥、留下疤痕等。 

而該團(tuán)隊(duì)所研發(fā)的新神經(jīng)植入物，則在一定程度上延長(zhǎng)了腦機(jī)接口的使用壽命。論文作者Duygu Kuzum表示，盡管植入物位于大腦表層，但它的設(shè)計(jì)超越了物理感知的限制，因?yàn)樗梢詮母顚油茢嗌窠?jīng)活動(dòng)。

機(jī)器學(xué)習(xí)模型的加入也是這項(xiàng)研究的一大創(chuàng)新點(diǎn)。研發(fā)人員用透明石墨烯電極以更高分辨率采集表層神經(jīng)活動(dòng)，然后使用數(shù)據(jù)集來訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，再讓模型通過采集到的表層信號(hào)來預(yù)測(cè)深層的神經(jīng)活動(dòng)。

值得注意是，該項(xiàng)研究也不再限制試驗(yàn)的時(shí)間和行為。一般來說，科學(xué)家需要將受試者固定于顯微鏡下進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)兩小時(shí)的觀察，但這項(xiàng)研究不再需要這么做。試驗(yàn)可以在自由運(yùn)動(dòng)的動(dòng)物上長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)進(jìn)行，幾小時(shí)或幾天，甚至幾個(gè)月都可以。

該論文的第一作者M(jìn)ehrdad Ramezani認(rèn)為，這可以讓科學(xué)家更全面地了解動(dòng)態(tài)和真實(shí)場(chǎng)景中的神經(jīng)活動(dòng)。

“電極是腦機(jī)接口研究的第一步，該材料的研發(fā)具有一定新穎性。”一名業(yè)內(nèi)相關(guān)人士認(rèn)為，它僅需微創(chuàng)便可以同時(shí)記錄兩個(gè)信號(hào)，構(gòu)建出了表層與深層之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

當(dāng)然，該研究仍然存在一定的不確定性。探測(cè)出的信號(hào)質(zhì)量，是腦機(jī)接口研究的核心評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)之一。“但該研究的結(jié)論中，并沒有提及在探測(cè)電生理信號(hào)的精度方面有飛躍式的提升，仍然處于現(xiàn)階段研究的同一水準(zhǔn)。”上述人士說道。

此外，論文研究想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地，還要看下一步的研究成果。

“論文研究離落地都還有一定周期，這是由科研屬性和產(chǎn)業(yè)落地屬性決定的。科研屬性更多要求的是要出新東西，產(chǎn)業(yè)落地需要的是應(yīng)用的成熟性。”一位相關(guān)領(lǐng)域的研究者稱。

目前醫(yī)療場(chǎng)景是腦機(jī)接口最大的應(yīng)用市場(chǎng)之一，外界期待該技術(shù)能夠幫助治療阿爾茲海默癥、帕金森等神經(jīng)性疾病。

具體方式上，即腦機(jī)接口通過對(duì)大腦進(jìn)行讀取和刺激，恢復(fù)大腦功能或受影響區(qū)域之間的通訊，進(jìn)而減輕行動(dòng)不便或控制疾病發(fā)展進(jìn)度。

和澤科技創(chuàng)始人戴小川認(rèn)為，這會(huì)是一種全新的電子治療方法。“大腦的生理功能與神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中電信號(hào)的傳播密切相關(guān)，當(dāng)存在電生理活動(dòng)的異常或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的損傷時(shí)，我們可以利用腦機(jī)接口去進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)控和代償，從而使它可以被用于治療多種大腦疾病。”

這種治愈罕見病的設(shè)想自然也吸引了資本和市場(chǎng)的注意。研究機(jī)構(gòu)Precedence Research的數(shù)據(jù)顯示，全球腦機(jī)接口的市場(chǎng)規(guī)模在2022年達(dá)到了21.3億美元，預(yù)計(jì)到2032年將達(dá)94.4億美元。 

據(jù)華興醫(yī)療與生命科技事業(yè)部董事賈妍博士介紹，在資本市場(chǎng)，腦機(jī)接口作為一個(gè)擁有很大想象空間的賽道，已經(jīng)收獲了較高溢價(jià)。但由于其周期長(zhǎng)、風(fēng)險(xiǎn)高，以財(cái)務(wù)回報(bào)為主要目標(biāo)的市場(chǎng)化投資人在投資時(shí)會(huì)更加保守。

值得注意的是，隨著腦機(jī)接口技術(shù)的不斷成熟，出現(xiàn)了侵入式與非侵入式兩種技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地的周期也不相同。

上述研究人員表示認(rèn)為，侵入式想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地至少還需要十年，非侵入式的比如睡眠儀等產(chǎn)品，現(xiàn)在已經(jīng)找到了合適的落地場(chǎng)景。

由于侵入式存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)，不僅需要通過嚴(yán)謹(jǐn)且漫長(zhǎng)的臨床試驗(yàn)階段，還需要獲得官方機(jī)構(gòu)的醫(yī)療認(rèn)證。“兩條賽道沒有誰好誰壞，但侵入式技術(shù)周期沒到，想在兩三年內(nèi)推出產(chǎn)品，只能做非侵入式。”該研究人員強(qiáng)調(diào)。

而在商業(yè)世界里，腦機(jī)接口要實(shí)現(xiàn)落地，數(shù)據(jù)隱私、責(zé)任劃分等倫理道德?lián)鷳n是無法回避的問題。在這些問題尚未被徹底解決前，腦機(jī)接口仍有很長(zhǎng)的路要走。

來源：界面新聞 作者：趙一帆ZYF