近期，天橋腦科學(xué)研究院(TCCI)應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室主任Gerwin Schalk以第一作者和通訊作者的身份在Frontiers in Neuroscience雜志上發(fā)表題為“Toward a fully implantable ecosystem for adaptive neuromodulation in humans: Preliminary experience with the CorTec BrainInterchange device in a canine model”的文章，展示了建立人類自適應(yīng)性神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)的初步工作。
神經(jīng)接口是一種在生物神經(jīng)系統(tǒng)與外部設(shè)備(計算機(jī)或其他電子設(shè)備)之間直接進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)連接的神經(jīng)技術(shù)。人們可以利用它記錄神經(jīng)系統(tǒng)活動、刺激神經(jīng)系統(tǒng)，在身體內(nèi)部與外界環(huán)境之間建立人工連接，形成閉環(huán)系統(tǒng)。腦機(jī)接口是其中一個重要的研究領(lǐng)域。
如果該接口可以根據(jù)神經(jīng)生理狀態(tài)而動態(tài)變化，則被稱為自適應(yīng)性神經(jīng)調(diào)控。自適應(yīng)性神經(jīng)調(diào)控為研究大腦功能和治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病開辟了新途徑。但目前自適應(yīng)性神經(jīng)調(diào)控研究仍處于早期階段，人們對大腦不同區(qū)域如何相互作用產(chǎn)生特定行為、這些相互作用如何受到疾病的影響以及如何調(diào)控病理行為，知之甚少。在相應(yīng)的疾病治療研究中，人們多是通過不斷試驗(yàn)、不斷試錯來尋找理想的刺激目標(biāo)、最佳刺激參數(shù)。不僅成本高而且周期長，一個隨時可用、易于操作的通用型自適應(yīng)性神經(jīng)調(diào)控平臺，或許能緩解這一艱難現(xiàn)狀。
在本次研究中，在硬件方面，研究人員選擇了CorTec公司專為復(fù)雜人類研究而開發(fā)的BrainInterchange(BIC)設(shè)備。BIC設(shè)備有32個通道，采樣率為1 kHz，量化位數(shù)為16比特(分辨率為74 nV)。在軟件方面，研究采用的是BCI2000系統(tǒng)。BCI2000是用于閉環(huán)神經(jīng)調(diào)控和類似實(shí)驗(yàn)的通用軟件平臺，具有強(qiáng)大的適應(yīng)性，不僅可以記錄和處理大腦信號、同步不同設(shè)備上的測量數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)特定的時間協(xié)議提供感覺刺激或電刺激。
研究人員將BIC電極植入小獵犬腦內(nèi)，術(shù)后對記錄的大腦信號和植入物進(jìn)行驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)BCI2000完全支持BIC設(shè)備的硬件功能，BIC/BCI2000設(shè)備可以記錄和處理自由行為期間的大腦信號。并且，該設(shè)備不僅可以執(zhí)行BCI2000所能提供的所有功能，包括記錄和處理信號、可視化、提供刺激，還可以連接到本地WiFi網(wǎng)絡(luò)，并使用遙控軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。整個設(shè)備輕巧便攜，可以通過背帶直接由中等大小的動物攜帶。
隨著進(jìn)一步的開發(fā)和驗(yàn)證，該工作將為人類的自適應(yīng)性神經(jīng)技術(shù)研究創(chuàng)造首個全面的生態(tài)系統(tǒng)，幫助其他研究團(tuán)隊(duì)更容易地開發(fā)新的神經(jīng)調(diào)控方案，克服不同神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來的影響。
人類進(jìn)一步開發(fā)臨床神經(jīng)調(diào)控方案的最大挑戰(zhàn)是，如何將專業(yè)的技術(shù)、實(shí)驗(yàn)、臨床知識轉(zhuǎn)化為可供人類使用的設(shè)備。本研究始于Gerwin Schalk教授加入TCCI之前，他目前所在的應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室是TCCI自主開展科學(xué)研究的平臺之一，也是將科學(xué)認(rèn)知轉(zhuǎn)化為落地技術(shù)的試驗(yàn)田，將繼續(xù)專注于開發(fā)理解人類大腦、改善人們生活體驗(yàn)的技術(shù)與設(shè)備。
TCCI應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室主任Gerwin Schalk教授
目前，TCCI已經(jīng)建成兩個前沿實(shí)驗(yàn)室，一個是與華山醫(yī)院合作設(shè)立的應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室，一個是與上海市精神衛(wèi)生中心合作成立的人工智能與精神健康前沿實(shí)驗(yàn)室。
關(guān)于TCCI
天橋腦科學(xué)研究院(Tianqiao and Chrissy Chen Institute，TCCI)是由陳天橋、雒芊芊夫婦私人出資10億美元創(chuàng)建的，旨在支持、推進(jìn)全球范圍內(nèi)腦科學(xué)研究，造福全人類，目前已經(jīng)成為世界最知名和最大規(guī)模的支持人類腦科學(xué)研究的科研機(jī)構(gòu)之一。
TCCI一期投入5億元人民幣支持中國的腦科學(xué)研究，與上海周良輔醫(yī)學(xué)發(fā)展基金會合作成立上海陳天橋腦健康研究所(又名TCCI轉(zhuǎn)化中心)，致力于提升腦健康和腦疾病治療研究和成果轉(zhuǎn)化。后又與華山醫(yī)院、上海市精神衛(wèi)生中心等建立戰(zhàn)略合作，設(shè)立了應(yīng)用神經(jīng)技術(shù)前沿實(shí)驗(yàn)室、人工智能與精神健康前沿實(shí)驗(yàn)室。在國際上，TCCI與加州理工學(xué)院合作成立TCCI加州理工研究院，設(shè)腦機(jī)接口、社交與決策神經(jīng)科學(xué)、系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)、分子與細(xì)胞神經(jīng)科學(xué)、大腦成像、神經(jīng)科學(xué)教育等多個中心，重點(diǎn)關(guān)注大腦基礎(chǔ)研究。TCCI還在北美、亞洲、歐洲、大洋洲主辦、資助了200多場高質(zhì)量的學(xué)術(shù)會議。
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