中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所腦圖譜與類腦智能實(shí)驗(yàn)室（簡(jiǎn)稱“腦與類腦實(shí)驗(yàn)室”）腦機(jī)接口與融合智能團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的柔性微電極植入機(jī)器人產(chǎn)品——CyberSense，近日通過深圳市“腦解析與腦模擬”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（簡(jiǎn)稱“腦設(shè)施”）預(yù)驗(yàn)收，助力科學(xué)家將“比頭發(fā)絲更細(xì)更軟”的柔性微電極植入實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的大腦皮層，為腦機(jī)接口與腦科學(xué)研究提供關(guān)鍵支撐。

▲柔性腦皮層微電極植入機(jī)器人CyberSense

CyberSense是“縫紉機(jī)”式柔性電極自動(dòng)植入機(jī)器人，具有多項(xiàng)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可靈活兼容不同規(guī)格的柔性微電極，應(yīng)用于嚙齒類、非人靈長(zhǎng)類等動(dòng)物的大腦皮層植入。植入機(jī)器人可以在其智能感知系統(tǒng)的引導(dǎo)下，以微米級(jí)的三維操作精度，將多根厚度≤10微米、寬度≤100微米的微絲狀電極植入大腦皮層內(nèi)，并靈活地避讓腦血管。由于植入過程是利用一根硬質(zhì)針不斷上下穿梭、操作柔軟的微絲，類似于縫紉機(jī)的工作過程，所以國(guó)內(nèi)外學(xué)者稱其為“縫紉機(jī)”式植入。

植入后的柔性微電極可以將大腦的神經(jīng)電信號(hào)傳導(dǎo)到微型芯片，由微型芯片對(duì)收集到的神經(jīng)信號(hào)進(jìn)行處理和通信，從中解析出大腦在執(zhí)行的信息處理，并控制外部設(shè)備，也可以通過微電流刺激電極觸點(diǎn)附近的神經(jīng)細(xì)胞，對(duì)腦活動(dòng)進(jìn)行調(diào)控。目前，CyberSense已成功支持了中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所和微靈腦機(jī)等研制的多種規(guī)格的柔性微電極植入，服務(wù)于腦機(jī)接口和神經(jīng)電生理研究。

▲獼猴大腦皮層植入手術(shù)

據(jù)了解，植入式腦機(jī)接口是一個(gè)高度交叉的領(lǐng)域，涉及電極、芯片、植入、通信、腦外科、人工智能、神經(jīng)解碼等多種關(guān)鍵技術(shù)，需要多學(xué)科協(xié)作創(chuàng)新和集成攻關(guān)。隨著新材料和微納加工技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的植入式電極越來越微小和柔軟，能大大降低植入創(chuàng)傷和排異反應(yīng)，但同時(shí)植入難度也越來越大，遠(yuǎn)超人手和肉眼的能力極限，所以高度自動(dòng)化的植入機(jī)器人成了腦機(jī)接口領(lǐng)域的核心設(shè)備。

▲動(dòng)物大腦皮層多電極植入效果

植入式腦機(jī)接口可以給殘障人士帶來高性能的意念控制、語音合成、視覺重建等技術(shù)福利，也可以協(xié)助科學(xué)家利用高通量信號(hào)研究大腦的工作原理。如何采集大量的高質(zhì)量神經(jīng)信號(hào)，并且盡可能降低植入帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，是植入式腦機(jī)接口技術(shù)面臨的核心問題。

▲已應(yīng)用的柔性腦皮層微絲電極示例

植入式腦機(jī)接口已經(jīng)由硬質(zhì)電極時(shí)代進(jìn)入到柔性電極時(shí)代，柔性電極有多種不同的類型，例如貼在大腦皮層表面的薄膜電極、從靜脈血管介入的支架電極等，各有千秋，相比之下，微絲狀柔性電極的優(yōu)勢(shì)是，在植入大腦皮層內(nèi)部后，電極與神經(jīng)元直接接觸，能采集到高精度的神經(jīng)元脈沖。

在下一步工作中，腦與類腦實(shí)驗(yàn)室腦機(jī)接口與融合智能團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)開發(fā)柔性電極植入機(jī)器人系列產(chǎn)品，促進(jìn)國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口與腦科學(xué)的發(fā)展。

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