脑机接口迎来新进展：一千个新材料电极直接植入大脑，可使用数十年

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4月9日，钛媒体报道称，美国杜克大学、西北大学和纽约大学的研究团队利用不到一微米厚的二氧化硅电极层，形成了一个由1008个电极传感器组成的“神经矩阵”，形成了一个灵活的神经界面，植入大脑皮层，实现了机器和人脑之间的长期直接互动。据报道，这一科研成果今天上午发表在《世界医学杂志》及其副刊《科学转化医学》上。

在这篇论文的第一版中，杜克大学生物医学工程的肯·蒋博士告诉钛媒体，这项研究结果表明，将电子设备植入人体已经成为现实。与以前的其他脑-机接口(bci)实验相比，这项研究的突破在于使用了一种新的材料和诱导模式，这使得该装置在动物体内存在了几年以上。

西北大学材料科学与工程学院院长约翰·a·罗杰斯通过电子邮件告诉钛媒体，这项研究的意义在于为大脑建立了一种可扩展的方式，以及电子和大脑的微创整合。设备可以运行几十年，接近人类生活。

大脑是一个非常复杂的器官。如果我们拍ct图像，我们只能看到大脑中的一个地方，或者模糊地观察大脑的静止状态。人类对大脑的理解是片面的。

脑-机接口的重要性在于它可以在人或动物的大脑(或脑细胞培养)和外部设备之间建立直接通信。一方面，脑机设备可以将脑信号转换成机器可识别的信号，实现对机器的有效控制；另一方面，它也可以接收来自机器的反馈，并从外部干预大脑。

早在去年7月，特斯拉(Tesla)首席执行官埃隆马斯克(elon musk)宣布，神经科学初创公司neuralink已经开发出一种“脑机神经网络”设备n1，它将在柔性细丝上附着3000多个电极，或者实现计算机的大脑思维控制。此后，脑机接口的研究被推向公众视野，成为目前的一个热点。

蒋在接受钛媒体采访时表示，与neuralink等机构之前的研究相比，本文的重点不是脑-机接口能否与人脑连接，而是新材料能否在大脑内部长时间运行。这一点非常重要，新材料的应用将使脑-机接口方法向被人们充分利用的方向发展。

目前，大脑植入装置被密封在由激光焊接的钛外壳中，这产生了类似沉积的薄聚合物，其密集地分布在大脑皮层上，几乎没有空中间性。然而，众所周知，人脑的空空间和灵活性是非常重要的，所以研究人员希望找到一种类似钛壳的隔离材料，但这种新材料应该更轻、更软和可自我分解，这样脑机设备就可以完全和长期保存。

经过研究和分析，研究人员最终发现二氧化硅是一种非常适合的电极材料，它体积小、重量轻，不仅能与大脑完美结合，而且具有生物相容性，因此该材料只能以0.46纳米的速度降解。也就是说，溶解在大脑内部二氧化硅中的微量物质不会引起副作用。

利用这种电极，研究人员开发了一种新型的多电极阵列，称为“神经矩阵”，它不会穿透大脑组织，但会温和地停留在大脑皮层。神经矩阵包含1008个电极传感器和高清晰度成像设备。电极用于连接大脑皮层进行反馈和检测，成像设备允许研究人员详细观察大脑活动。

一切准备就绪后，研究人员开始了实验过程。他们对动物大脑区域的数千个位置进行采样，在每个采样位置直接放置“芯片”(晶体管)，并使用多路复用技术来扩大和增加感应密度和覆盖范围，从而实现多达1000个通道的脑机接口。

目前，研究人员已经在老鼠和非人灵长类动物(猴子)身上完成了几项实验。脑机设备已经连续反馈了一两年多，没有任何副作用，实验结果也非常好。

约翰·罗杰斯预测，新开发的脑-机接口设备可以在大脑表面存活6年以上，并且不会产生负面情况。甚至这种设备也能持续几十年。在人类生命的尽头，脑-机接口设备可以继续运行。

约翰·罗杰斯告诉钛媒体说，他们正在扩大“全脑”的覆盖面，并将这一数字增加100倍以上，以形成视觉假体，从而登陆产品。这项研究离商业登陆还有几年时间。

蒋说，该团队希望与世界各地的其他神经科学家分享这项技术，以便人类能够更快地使用脑-机接口设备。

尽管研究成果尚未落地，但不可否认的是，如果脑机接口商业化得以实现，将会给医疗保健和人工智能等高科技领域带来巨大变化。

随着全球老龄化的加速，人类易患神经退行性疾病，虚拟现实游戏的普及程度逐渐提高。在治疗瘫痪病人、神经系统疾病、睡眠障碍和学习神经科学的使用场景下，脑机接口设备的作用越来越突出。

2019年，医疗终端占bci市场的最大份额，达到37.8%，其中北美的份额最大，约占42.3%。一些专家预测bci需求在未来将会大幅增加。

bci的市场规模

根据联合市场研究的数据，bci市场在2020年将达到14.6亿美元；《报告与数据》杂志预测，到2026年，全球bci市场预计将达到26.7亿美元，复合年增长率为11.1%。

如果我们看看脑机接口可以影响的应用领域，无论是医疗、教育还是消费，它都会带来超过十亿美元的巨大市场。未来，bci可以应用在物联网、电子游戏等方面，市场前景非常广阔。

然而，与此同时，这项技术也备受争议。去年10月，浙江省金华市的一所学校允许学生使用脑-机接口的头环，这类似于孙武空的“金箍”，引起了广泛的争议。有些人认为bci技术对人体有害，而另一些人则认为这项技术可以颠覆人们对人脑的理解。

总的来说，由于技术和市场还处于非常初级的阶段，产业规模不明确，没有相关的法律可循，市场上存在一定的空白色区域。

复旦大学附属华山医院副院长茅颖也表示，在未来与人工智能的共生与融合过程中，如何确保研究方向符合人类利益是值得关注的。人工智能的发展将给人类大脑的发展插上翅膀。在这个发展过程中，我们应该密切关注可能出现的风险并加以控制。(本文是第一钛媒体，边肖|林志佳，编辑|赵宇航)