脑机接口技术迎来新突破,治疗罕见病的梦想即将实现?

医疗场景是脑机接口最大的应用市场之一,外界期待该技术能够帮助治疗阿尔兹海默症、帕金森等神经性疾病。

图片[1]-脑机接口技术迎来新突破,治疗罕见病的梦想即将实现?-18运财网

《阿凡达》电影中曾有这样的一幕:主角杰克借助被头发包裹住的神经接口,与潘多拉星球上的生物建立起连接。他可以远程感受生物的呼吸,也可以将自己的想法分享给这些生物。

这种看起来极具未来感的画面,正在借助脑机接口技术变成现实。

日前,美国研发团队宣称开发出的一种新神经植入物——高密度透明石墨烯阵列。它是一种纤薄、柔性、细长的超薄聚合物薄膜,内含极小电极。仅需紧贴大脑表层,便可以推断出表层以及更深层次的神经活动。这为脑机接口技术带来了新的可能。

这项研究中最大的创新点在于,新的植入物是完全透明的。研究人员可以直接发射激光穿过薄膜,依靠双光子显微镜便可实时描绘出脑层表面以下0.25毫米的神经元关键成分,这给研发人员带来了极大的便利。

此外,完全透明的植入物也为显微镜提供了更加清晰的视野,减少了以往石墨烯阵列造成的阴影,使得无干扰的成像实验成为可能。

脑机接口技术发展已久,但对人体有一定伤害的侵入式接口一直存在安全风险问题。

由于人脑非常柔软,侵入式的电极很容易给大脑造成不可逆的损伤。想用非侵入电极获取到大脑深层的信号,需要将硬质电极植入大脑皮层组织。

但将这种钢针式的植入物插入大脑,极易引发人体排异反应。异物会把电极包裹起来,导致脑电信号质量随着时间推移逐渐衰减。一旦电极失效,还需要把它从脑组织中重新拿出来,进而在大脑皮层上留下缺口,引发炎症、留下疤痕等。

而该团队所研发的新神经植入物,则在一定程度上延长了脑机接口的使用寿命。论文作者Duygu Kuzum表示,尽管植入物位于大脑表层,但它的设计超越了物理感知的限制,因为它可以从更深层推断神经活动。

机器学习模型的加入也是这项研究的一大创新点。研发人员用透明石墨烯电极以更高分辨率采集表层神经活动,然后使用数据集来训练机器学习模型,再让模型通过采集到的表层信号来预测深层的神经活动。

值得注意是,该项研究也不再限制试验的时间和行为。一般来说,科学家需要将受试者固定于显微镜下进行长达两小时的观察,但这项研究不再需要这么做。试验可以在自由运动的动物上长时间连续进行,几小时或几天,甚至几个月都可以。

该论文的第一作者Mehrdad Ramezani认为,这可以让科学家更全面地了解动态和真实场景中的神经活动。

“电极是脑机接口研究的第一步,该材料的研发具有一定新颖性。”一名业内相关人士认为,它仅需微创便可以同时记录两个信号,构建出了表层与深层之间的对应关系。

当然,该研究仍然存在一定的不确定性。探测出的信号质量,是脑机接口研究的核心评判标准之一。“但该研究的结论中,并没有提及在探测电生理信号的精度方面有飞跃式的提升,仍然处于现阶段研究的同一水准。”上述人士说道。

此外,论文研究想要实现产业落地,还要看下一步的研究成果。

“论文研究离落地都还有一定周期,这是由科研属性和产业落地属性决定的。科研属性更多要求的是要出新东西,产业落地需要的是应用的成熟性。”一位相关领域的研究者称。

目前医疗场景是脑机接口最大的应用市场之一,外界期待该技术能够帮助治疗阿尔兹海默症、帕金森等神经性疾病。

具体方式上,即脑机接口通过对大脑进行读取和刺激,恢复大脑功能或受影响区域之间的通讯,进而减轻行动不便或控制疾病发展进度。

和泽科技创始人戴小川认为,这会是一种全新的电子治疗方法。“大脑的生理功能与神经元网络中电信号的传播密切相关,当存在电生理活动的异常或者神经网络的损伤时,我们可以利用脑机接口去进行针对性的调控和代偿,从而使它可以被用于治疗多种大脑疾病。”

这种治愈罕见病的设想自然也吸引了资本和市场的注意。研究机构Precedence Research的数据显示,全球脑机接口的市场规模在2022年达到了21.3亿美元,预计到2032年将达94.4亿美元。

据华兴医疗与生命科技事业部董事贾妍博士介绍,在资本市场,脑机接口作为一个拥有很大想象空间的赛道,已经收获了较高溢价。但由于其周期长、风险高,以财务回报为主要目标的市场化投资人在投资时会更加保守。

值得注意的是,随着脑机接口技术的不断成熟,出现了侵入式与非侵入式两种技术路线,实现产业落地的周期也不相同。

上述研究人员表示认为,侵入式想要实现产业落地至少还需要十年,非侵入式的比如睡眠仪等产品,现在已经找到了合适的落地场景。

由于侵入式存在一定安全风险,不仅需要通过严谨且漫长的临床试验阶段,还需要获得官方机构的医疗认证。“两条赛道没有谁好谁坏,但侵入式技术周期没到,想在两三年内推出产品,只能做非侵入式。”该研究人员强调。

而在商业世界里,脑机接口要实现落地,数据隐私、责任划分等伦理道德担忧是无法回避的问题。在这些问题尚未被彻底解决前,脑机接口仍有很长的路要走。

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