腦機接口技術(shù)在治療腦疾病、改善殘障人士的生活,以及最終增強和拓展腦功能等方面具有巨大潛力,是當下全球腦科學前沿研究的重要工具,也是腦功能探索和腦疾病診治的核心關(guān)鍵技術(shù)。但傳統(tǒng)的諸如Neuralink所采用的侵入式技術(shù)路線,很容易產(chǎn)生免疫反應和愈傷組織,不僅會對大腦深層造成損傷,長遠也有可能影響電波信號質(zhì)量。
能否先從材料入手,改善腦機接口技術(shù)?中科院上海微系統(tǒng)所副所長陶虎教授一直致力于信息技術(shù)和生命科學的基礎(chǔ)前沿交叉研究,他率先將蠶絲從傳統(tǒng)紡織材料成功轉(zhuǎn)化為新型醫(yī)用和信息功能材料,不僅用在了腦機接口和植入式醫(yī)療器械,還同步研發(fā)仿生類的人工智能傳感器與芯片。
陶虎表示腦機接口技術(shù)的核心難點是怎樣可以最大限度地利用大腦,即怎么提高神經(jīng)信號帶寬,不管是采集還是刺激;同時做到最低限度地損傷大腦。作為國內(nèi)腦機接口、人工智能、微納傳感領(lǐng)域的權(quán)威專家,陶虎去年10月攜手中科大同學彭雷創(chuàng)立腦機接口公司腦虎科技,身兼首席科學家的陶虎主張采用半自動微創(chuàng)植入柔性電極的手段,創(chuàng)口和損傷相比Neuralink都更小。他采用中國傳統(tǒng)材料蠶絲蛋白把電極柔軟的表面固化,方便植入,當植入完成后,蠶絲蛋白便會溶解,逐漸恢復之前的柔軟,不僅如此,并且與大腦組織的排異反應也較小,安全程度明顯超過Neuralink。
陶虎團隊開發(fā)出的“免開顱微創(chuàng)植入式高通量柔性腦機接口系統(tǒng)”,目前已成功應用于鼠、兔、猴等多種動物模型。2022年初成立不到3個月的腦虎科技,成功獲得盛大和紅杉中國種子基金投資認可,完成近億元的融資規(guī)模。
前不久,陶虎團隊繼2020年研制出全球首款可重復擦寫“蠶絲硬盤”后,再次創(chuàng)新性地開發(fā)出基于蠶絲蛋白的多層級可植入瞬態(tài)存儲器,相關(guān)成果成功發(fā)表于《先進材料》。瞬態(tài)可溶存儲器是柔性電子與可植入器件中的重要組成部分和信息存儲媒介,器件在實現(xiàn)可控降解的同時,還具備穩(wěn)定的存儲和加密功能。此次的新型植入式瞬態(tài)可溶蠶絲蛋白存儲器,采用了全新結(jié)構(gòu),將阻變憶阻器、太赫茲超材料、光學衍射元件3種不同信息類型的存儲單元,通過工藝優(yōu)化實現(xiàn)垂直高密度集成,實現(xiàn)單器件上電學、電磁和光學信息的同步穩(wěn)定存儲。
得益于蠶絲蛋白的成膜均勻性和精準可控降解能力,存儲器信息誤讀率低、魯棒性強,滿足了多模態(tài)信息存儲和高穩(wěn)定性存儲的要求。在此基礎(chǔ)上,科研人員還開展了小鼠皮下植入實驗,進一步驗證了瞬態(tài)存儲器在體內(nèi)逐層降解的可行性與生物安全性,證明蠶絲蛋白不會引起組織免疫反應。陶虎表示,這預示著新型多層級瞬態(tài)可溶存儲器將在植入式器件和芯片、生物體內(nèi)信息存儲與生物電子標簽等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
腦機接口技術(shù)的研發(fā)需要大量的資金投入和昂貴的技術(shù)設(shè)備支持。腦虎科技依托上海微系統(tǒng)所強大的科研背景及前瞻戰(zhàn)略布局,在侵入式腦機接口領(lǐng)域已經(jīng)完成了核心技術(shù)突破以及關(guān)鍵器件制造。
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