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腦機(jī)接口分為侵入式和非侵入式兩種方案,這兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),侵入式能夠檢測(cè)到精準(zhǔn)的腦細(xì)胞信號(hào),但目前有較高門檻,適用于非常剛需型病人,如癱瘓等疾病,該技術(shù)未來(lái)開發(fā)方向是微創(chuàng)化,降低植入損傷,術(shù)后風(fēng)險(xiǎn),延長(zhǎng)植入后的壽命,目標(biāo)是讓更多的病人甚至常人也能接受該手術(shù);而非侵入式無(wú)創(chuàng)傷,易于推廣,但信號(hào)質(zhì)量大打折扣,適用于教育、娛樂、部分臨床診斷和治療,該技術(shù)未來(lái)的開發(fā)方向是提高原始信號(hào)質(zhì)量,開發(fā)新的數(shù)據(jù)處理算法,把數(shù)據(jù)精度提升。整體來(lái)看,由于非侵入式的門檻較低,現(xiàn)在市面上已經(jīng)有大量可供選擇的方案包括電極和設(shè)備的產(chǎn)品,而侵入式的技術(shù)要求較高,相關(guān)產(chǎn)品市面上還十分稀少,尤其其中關(guān)鍵性的植入部件-電極。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的腦機(jī)接口技術(shù)比我們開始的早,但目前也僅有一款侵入式腦機(jī)接口中專用高通量電極取得了FDA認(rèn)證,而國(guó)內(nèi)取得臨床認(rèn)證的該類產(chǎn)品為零。
因?yàn)槟X組織是一種非常柔軟的組織狀態(tài),任何植入電極若想更長(zhǎng)久的與其共存一方面需要降低植入電極的尺寸,降低植入損傷度,盡量降低炎癥信號(hào)分子產(chǎn)生,避免強(qiáng)烈膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng);另一方面降低植入電極的硬度,這個(gè)是為了讓其盡量接近腦組織的楊氏模量,在顱內(nèi)腦組織在微動(dòng)中可以避免產(chǎn)生相對(duì)切割損傷,降低組織長(zhǎng)期排異的發(fā)生。所以目前侵入式腦機(jī)接口電極的主流開發(fā)方向一方面在追求電極的小尺寸(通量不變或增加的的情況下),一方面是追求電極的柔性,降低電極材質(zhì)的楊氏模量。然而,在不斷追求上述特性中又出現(xiàn)了新的問題,一是過于小尺寸的電極如在幾個(gè)um級(jí)別的厚度可能會(huì)產(chǎn)生斷裂的風(fēng)險(xiǎn),這對(duì)于后期臨床手術(shù)植入或取出過程會(huì)產(chǎn)生比較大的風(fēng)險(xiǎn),二是過于柔性的電極往往需要借助特殊的植入輔助器械方可實(shí)現(xiàn)植入,三是這些絕緣材料層目前基本上是有機(jī)物,在復(fù)雜的體液內(nèi)終究會(huì)被逐漸微弱腐蝕,而極薄的設(shè)計(jì)使得這個(gè)影響結(jié)果顯得更加突出。
源自Neuralink
源自Blackrock
針對(duì)上述問題,國(guó)內(nèi)蘇州的科斗腦機(jī)科技團(tuán)隊(duì)提供了一種兼容性的產(chǎn)品方案,電極依然采用穩(wěn)定的金屬材質(zhì),但該金屬采用生物相容性更友好的新材料鎳鈦合金,目前鎳鈦合金材料已經(jīng)在臨產(chǎn)上許多場(chǎng)景開始大量應(yīng)用,如口腔矯正材料,血管支架,手術(shù)縫合線,骨科材料等等,而該材料具有高彈性及非常高疲勞壽命,如采用25um直徑(頭發(fā)絲為60-90um)基材的鎳鈦材料,埋置腦內(nèi)在一定程度上可以隨之腦組織進(jìn)行微弱的浮動(dòng),從而降低切割損傷。相比其他傳統(tǒng)其他材料如鎢、硅基等硬度大大降低,但依然可以直接穿刺腦組織。除了上述特性外,該電極的固定基板可以選擇使用可吸收材料,如甲殼素,在電極植入體內(nèi)若干天后,電極的基板就會(huì)逐漸降解吸收掉,只剩下定型后的上百根電極絲獨(dú)立錨定在腦組織內(nèi),從而再次增加了電極的浮動(dòng)性,降低異物的免疫排斥反應(yīng),再次提高在體內(nèi)的壽命。目前該產(chǎn)品已經(jīng)面向科研領(lǐng)域銷售,臨床注冊(cè)認(rèn)證也已經(jīng)在準(zhǔn)備階段。
參數(shù) | 科斗腦機(jī)-浮動(dòng)微針陣列電極 | Blackrock尤他電極 | Neuralink 柔性電極 |
通道數(shù) | ≥128,可疊加 | 96道,可疊加 | 單根16道,若干累加至1024 |
材料 | 鎳鈦合金 | 硅基,金屬鍍層 | 聚酰亞胺,金屬鍍層 |
基部最寬尺寸 | 25um | 80um | 27.5um |
頂端尺寸 | 1-2um | 3-5um | 4-6um厚度 |
植入方法 | 常規(guī)定位儀直接植入 | 氣泵沖擊輔助 | 高精度手術(shù)機(jī)器人+植入針 |
成熟度 | 科研領(lǐng)域已在售 | 通過FDA,已上市 | 未知 |
源自科斗腦機(jī)KedouBC
腦機(jī)接口技術(shù)是充滿無(wú)限遐想的一個(gè)技術(shù),雖然目前處于非常早期階段,離實(shí)際能夠廣泛應(yīng)用還有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間,但隨著最近幾年關(guān)注度逐漸提升,科研經(jīng)費(fèi)的加大投入以及社會(huì)資本的跟隨加入,相信該領(lǐng)域會(huì)有更快速的技術(shù)突破,具體上述哪種方案會(huì)好,目前還不能看出來(lái),但百家齊放的結(jié)果會(huì)讓我們有更多的選擇,相信經(jīng)過時(shí)間的考驗(yàn)后剩下來(lái)的那個(gè)方案會(huì)是我們最終的選擇。
科斗腦機(jī)是一家研發(fā)、生產(chǎn)、銷售各類電生理包括腦機(jī)接口相關(guān)軟硬件產(chǎn)品,并提供定制化技術(shù)服務(wù)和解決方案的高科技企業(yè)。公司以植入式神經(jīng)微電極等電生理相關(guān)產(chǎn)品為核心研發(fā)方向,以臨床應(yīng)用為目標(biāo),持續(xù)加大研發(fā)投入,目前已累積開發(fā)出近40余種的神經(jīng)微電極以及相關(guān)設(shè)備,自正式銷售以來(lái),已經(jīng)累計(jì)使用單位350余家,遍布國(guó)內(nèi)外主流高校和科研院所。
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