脑机接口新进展：有望建立高速神经宽带接口

近日，美国国防高级研究计划局（DARPA）关于脑机接口的项目又有了新进展，其中参与该项目的一家名为Paradromics的初创公司表示，现在正在致力于开发一种将大脑连接到计算机的新技术，将实现以每秒千兆比特的速度传输数据，从而创建高速的神经宽带接口。 此前7月份的时候，Paradromics获得了美国国防部高级研究计划署资助的1800万美元，以用来开发人造植入设备。现在，该公司表示，预计将于2021年开始针对该设备进行临床试验。 近期，该公司专注于研发一种“皮质调制解调器”来恢复失去谈话能力的人的语言表达功能，如帮助物理学家史蒂芬·霍金的Lou Gehrig病患者。 对此，Paradromics公司首席执行官Matt Angle表示：“当您将大脑连接到电脑时，您可以将大脑连接到计算机的任何硬件配置上，实现如语音、视频等功能。医学上，医生无法轻易地让人的眼睛重新看见光明。但是，通过用脑机接口代替人体的神经连接，可以显著改善此前麻烦不断的生活。” 目前，关于脑机接口技术的最新进展是瘫痪患者可以利用大脑的意识，通过神经植入物来控制假肢，该技术甚至让使用者对假肢的接触有些微的感觉。同时，在视觉研究领域，已有一种视网膜植入物可以通过脑机接口技术实现对视网膜色素沉着症患者的视觉的“恢复”。 但是该领域的一个重大突出问题还在于如何快速地向大脑发送更多信息，换言之，就是如何增加信号传输的带宽。 现在最先进的技术，体现在一个叫做犹他阵列的系统中，该系统一次可以在大脑中安装128个电极。 但Paradromics希望，当犹他阵列部署到几十个电极的情况下，独立信道的数量可以达到数十万个。对此，Angle说道：“如果100个信道就可以达到现在的水平，那十万个甚至一百万个信道可以做的就非常之多了。” 为此，该公司正在开发神经输入输出总线（NIOB），以实现一种能够阅读和刺激大脑的脑调制解调器。NIOB采用的是可扩展的模块化设计，每个厘米宽的芯片可容纳约50000个超薄的微线，该芯片放置在大脑上。 其中，每个微线连接3-5个个体神经元，故而NIOB可以通过与神经元的电活动相互作用实现信号的传输。每次神经元发射信号时，就会释放电脉冲，而这些脉冲会被微线记录下来。通过微线，大脑能够与计算机实现数据信息的互换。 据了解，布朗大学和哥伦比亚大学也在共同进行此项目的研究。 值得注意的是，为了达到预期的信号强度，目前微丝必须放置在脑中，这意味着植入NIOB需要进行一次风险极高的手术。 对此，Angel表示，脑外科手术虽然是侵入性的，但人们需要它。 随着项目的一步步推进，脑机接口技术将会愈加成熟，但笔者认为，采取侵入性的方式终究不是优选，未来可以融合新材料等相关技术，实现非侵入式脑机接口，以实现技术的完善，并减少对患者的伤害。