脑机接口路线之争愈演愈烈,马斯克的Neuralink迎劲敌

2024-06-08

(文/吴子鹏)近日,脑机接口初创公司Precision Neuroscience宣布,在由Mount Sinai Health System的外科医生领导的一项临床研究中,他们成功地在一名患者体内暂时放置了4096个电极,在探测人类思维方面使用的电极数量创下了世界纪录,是Neuralink植入物中用于读取信号的电极数量的四倍。


电极数量是脑机接口领域的一个关键指标,能够大幅提升大脑传输数据的“带宽”,实现更复杂的控制指令。值得注意的是,上一个在脑部植入电极数量的世界纪录也是由Precision Neuroscience公司创造的,是在去年9月,成果发布于《神经外科杂志》。

并且,Precision Neuroscience和马斯克脑机接口公司Neuralink的技术路线也不一样,成为后者需要面对的强敌。


超薄电极无需刺穿脑组织

Precision Neuroscience由私募股权投资者Michael Mager和Benjamin Rapoport博士共同创立,其中Benjamin Rapoport博士是Neuralink的一位联合创始人,该公司创立的目标也是帮助瘫痪患者。根据公司公告,Precision Neuroscience采用与Neuralink不同的技术路径,声称是开发了“第7层大脑皮层”脑机接口。

Precision Neuroscience的“第7层大脑皮层”脑机接口是可拓展的微创脑机接口平台,构建了一种模块化的和可拓展的脑机接口平台,包括高通量薄膜电极阵列和微创手术植入系统,促进与大脑皮层表面的大部分区域的双向通信。

如下图所示,为了打造“第7层大脑皮层”脑机接口,Precision Neuroscience研发出一种超薄电极,植入时不需要刺穿大脑,但可以收集比传统阵列多出数百倍的数据。研究发现,电极数量是脑机接口的重要指标,比如,想要让患者能够用意念控制假肢或者移动屏幕上的光标,几十个电极是不够的,Precision Neuroscience的方案能够以微创的方式部署高密度电极。

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“第7层大脑皮层”脑机接口示意图,图源:Precision Neuroscience


Precision Neuroscience开发的超薄电极名为Layer 7,是一种能够将电极嵌入贴合大脑表面的柔性薄膜,膜的厚度仅为人类头发直径的五分之一,植入时不需要刺穿大脑,但可以收集比传统阵列多出数百倍的数据。

如下图所示,Layer 7具有出色的电极特性,每个电极都通过极细的铂丝和电子设备相连,且以模块化的点阵结构排列,因此是以非常规则的几何图案覆盖在大脑表面。研究人员对8个阵列的4232个微电极进行阻抗表征,其中电极连通率> 93%。另外,在1 kHz时的阻抗幅度随着电极尺寸的减小而增大。其中,20µm直径电极的平均阻抗为497 kΩ,200µm直径电极的平均阻抗为32 kΩ。因此,Layer 7具有很好的鲁棒性。

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Layer 7的电极特性,图源:Precision Neuroscience


为了更好地生产Layer 7,Precision Neuroscience收购了位于得克萨斯州这座占地22000平方英尺的代工厂,包括一个5500平方英尺的ISO 5级洁净室,超过500多平方英尺的ISO 6级后处理和装配空间,以及50多个专业化工具。Precision Neuroscience公司CEO Michael Mager表示,“脑机接口不仅仅是电极阵列,机器学习的复杂性是驱动真正强大的脑机接口的必备条件。这是一个全栈产品,需要跨学科团队来开发。”



Neuralink也将进入新阶段

按照传统意义划分,脑机接口技术路线分为非侵入式、侵入式、半侵入式和介入式。其中,马斯克的Neuralink采用的柔性电极芯片需要在颅骨上开孔植入,便是一种侵入式的脑机接口;初创企业Synchron所采用的网笼状电极则通过静脉植入到皮层血管,就属于介入式;Emotiv和NeuroSky开发的头戴式脑电帽便是非侵入式。

当然,随着技术不断演进,各个技术路线上也有进一步的细分,比如侵入式很多采用的都是微纳电极阵列,但Precision Neuroscience的方案明显要比Imec和Neuralink等公司的方案对大脑组织的危害更小。

当然,国内目前的进展也很快。今年初,首都医科大学宣武医院赵国光教授团队、清华大学医学院洪波教授团队宣布完成全球首例无线微创植入脑机接口NEO(Neural Electronic Opportunity)的临床植入试验,比Neuralink早3个月完成,且技术水平也是不弱于Neuralink,比Neuralink的方案更加微创。因此,无论是技术进展,还是技术特性,目前Neuralink都面临着巨大的挑战。

此前,有外媒报道称,马斯克对旗下的脑机接口公司Neuralink进展不满。随后,Neuralink明显加快了推进速度。据悉,在获得美国FDA批准第二个脑机接口人体试验后,Neuralink瞄准欧洲市场。

FDA于5月份已经批准了Neuralink在第二个受试者中测试其脑机接口植入物,并批准了针对首个受试者Noland Arbaugh出现的问题提出的修复方案。Neuralink的目标是今年将其设备植入10 个人体内,并希望有不同的接受者群体,以便研究各种行为。目前,已有超过1000名四肢瘫痪者签署了Neuralink的受试者注册表。

在市场领域方面,Neuralink已经开始尝试走出美国,计划在未来几个月内向加拿大和英国的监管机构提交申请,开展类似试验。目前,Neuralink正式在英国开启患者登记计划,面向有特定神经系统疾病的成年人开放注册,他们有机会参与英国未来的相关临床试验。与美国的要求类似,符合条件的英国参与者需年满18周岁,并患有四肢瘫痪、视力丧失、听力丧失、失语症或严重肢体截肢等疾病。

在产品布局方面,目前Neuralink仅有一款名为“Telepathy”的产品,马斯克此前透露了另一款名为“Blindsight”的产品。马斯克称,“Blindsight is the next”。“Blindsight”用于帮助盲人恢复视觉重见光明。马斯克表示,“盲人的视觉皮层依然存在,通过电信号的刺激有可能让盲人获得视觉感知。目前Blindsight植入技术已经在猴子身上起作用了。”

可见,随着市场竞争的加剧,Neuralink已经明显加快了自己的步伐。


结语

根据麦肯锡的测算,全球脑机接口医疗应用的潜在市场规模在2030年至2040年有望达到400亿至1450亿美元。但脑机接口的市场空间不仅是在医疗领域,在增强人体机能方面,脑机接口也被认为是可行的方案,因此市场容量会更大。但是要抢占脑机接口的市场大蛋糕并不容易,目前竞争非常激烈,马斯克的Neuralink也明显提速了,技术落地速度有望超出预期。

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