中文字幕亚洲欧美日韩在线不卡,亚洲欧美日产综合在线网性色,思思久久精品6一本打道,综合视频中文字幕

·2022年“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃”入選者、復(fù)旦大學(xué)光電研究院青年研究員宋恩名說，侵入式腦機接口是未來趨勢，植入式器件可以直接得到最原始、最清晰的腦電信號。當(dāng)然，腦機接口更大的挑戰(zhàn)在于安全性、穩(wěn)定性和可拉伸性。

復(fù)旦大學(xué)34歲研究員宋恩名創(chuàng)新腦機接口植入式器件，打開神經(jīng)功能疾病診療新空間。澎湃新聞視頻記者：趙子易、吳星宇(01:51)

2021年12月，澳大利亞62歲的肌萎縮側(cè)索硬化癥（ALS，即漸凍癥）患者菲利普·奧基夫用“意念”在社交媒體上發(fā)布了一條簡短的消息：“你好，世界（Hello World）”。
植入奧基夫大腦的是腦機接口公司Synchron的設(shè)備，它以無線方式讀取腦電波，轉(zhuǎn)換為文字。治療疾病、心靈感應(yīng)、意念操控，腦機接口的想象空間正變得越來越大。
入選2022年“上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃”的復(fù)旦大學(xué)光電研究院青年研究員宋恩名今年34歲，從事的正是腦機接口工作。他的研究面向腦機接口應(yīng)用的柔性電子系統(tǒng)，是最直接和腦組織相接觸的領(lǐng)域。
近日在接受澎湃新聞（www.thepaper.cn）專訪時，宋恩名講述了腦機接口的過去與未來、對治療信號失調(diào)的腦疾病病癥的價值、植入式柔性電子的創(chuàng)新研究，以及國內(nèi)腦機接口的發(fā)展土壤。
他表示，侵入式腦機接口是未來趨勢，植入式器件可以直接得到最原始、最清晰的腦電信號。當(dāng)然，腦機接口更大的挑戰(zhàn)在于安全性、穩(wěn)定性和可拉伸性。大腦是人體的核心器官，漏電流等對人體尤其是大腦內(nèi)部的傷害較大；除此之外，穩(wěn)定且長期的信號采集和可隨器官同步運動的拉伸不滑移能力也是對于腦機接口器件的追求。植入式器件只有保證安全性、穩(wěn)定性和可拉伸性，腦機接口技術(shù)未來才會飛速發(fā)展。宋恩名表示，腦機接口現(xiàn)階段主要應(yīng)用是治療信號失調(diào)的腦疾病病癥，比如癲癇病、帕金森癥；在不久的將來，未來腦機接口或許可以實現(xiàn)大腦意識傳感，比如操縱無人駕駛等。
腦機接口的兩種模式
腦機接口是大腦和外部設(shè)備之間的信息通路，是大腦和外部設(shè)備間搭建的橋梁。它繞開外周神經(jīng)，在大腦與外部設(shè)備間建立直接連接以進行信息交換。
上世紀70年代，美國加州大學(xué)洛杉磯分校的雅克·維達爾（Jacques Vidal）教授首次在科學(xué)文獻中提出“腦機接口”這一專業(yè)術(shù)語，并提出了一個關(guān)鍵問題：能否將可觀測的腦電信號用作人機通信中的信息載體，或是控制假肢、宇宙飛船之類的外部設(shè)備。1977年，他通過提取視覺誘發(fā)電位，完成了以腦電控制屏幕上光標樣物體，這是腦機接口最早的實驗室實現(xiàn)形式。進入21世紀，腦機接口研究規(guī)模日益擴大。尤其是2019年以來，馬斯克的腦機接口公司Neuralink屢次掀起輿論熱潮，腦機接口被大眾熟知。
腦機接口主要有侵入式和非侵入式，侵入式采用神經(jīng)外科手術(shù)方法將采集電極植入大腦皮層、硬腦膜外或硬腦膜下。非侵入式腦機接口是通過附著在頭皮上的穿戴設(shè)備測量大腦電活動，它朝著小型便攜、可穿戴等方向發(fā)展。
宋恩名認為，侵入式腦機接口是未來趨勢?！叭四X的顱骨實際上是一個非常好的屏蔽箱，它把很多有用的信號屏蔽掉，如果我們只是用可穿戴的頭盔，信號的質(zhì)量也就是信噪比會比較低，要外接放大器，進一步改良信號，這會限制腦機接口的應(yīng)用?！?br/>這也是大力發(fā)展腦機接口植入式器件的原因，植入式器件可以直接得到最原始、最清晰的腦電信號，“我們希望通過微創(chuàng)或開顱手術(shù)，把我們的器件植入進去。”

復(fù)旦大學(xué)光電研究院青年研究員宋恩名

當(dāng)然，腦機接口更大的挑戰(zhàn)在于器件的安全性、穩(wěn)定性和可拉伸性。宋恩名表示，皮膚可穿戴電子器件的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已非常普遍，但植入式器件和貼膚式器件的安全考量不同，大腦是人體的核心器官，漏電流等對人體尤其是大腦內(nèi)部的傷害較大。除此之外，制備出不易滑移且可與大腦緊密貼合并隨之同步運動的柔性器件也是重中之重。植入式器件只有攻克上述挑戰(zhàn)，腦機接口技術(shù)未來才會飛速發(fā)展。
腦機接口的未來想象空間
腦機接口的原理基礎(chǔ)是神經(jīng)科學(xué)。大腦中樞神經(jīng)元膜電位的變化會產(chǎn)生峰電位或動作電位，神經(jīng)細胞突觸間的化學(xué)物質(zhì)傳遞也會使突觸后膜產(chǎn)生電信號變化，腦機接口技術(shù)正是通過采集這些不同位置的腦功能區(qū)與不同深度的電信號，通過預(yù)處理、特征提取和模式識別，實現(xiàn)對大腦活動狀態(tài)或意圖的解碼，并可以把大腦活動狀態(tài)、解碼結(jié)果、與外界通信或控制結(jié)果反饋給用戶，進而調(diào)節(jié)其大腦活動以獲得更好的性能。
宋恩名表示，腦機接口對治療信號失調(diào)的腦疾病病癥有參考應(yīng)用價值，比如癲癇病、帕金森癥。腦電信號的采集對應(yīng)的是診斷，癲癇發(fā)病急促，未來通過腦機接口提取腦電信號，可以全天候或長時間診斷癲癇患者?！拔覀儾蹲降揭粋€信號，就可以提出一個提示，再進行外部治療?！?br/>除了診斷，還有反饋。比如抑郁癥患者存在腦電活動的異常區(qū)域，“如果我們外部直接給它一個興奮性的電流，或者反向輸出給大腦一個信號，改變神經(jīng)活動，就可以幫助患者治療抑郁癥。”
例如浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院研發(fā)了閉環(huán)神經(jīng)刺激器，應(yīng)對癲癇病癥。植入這種腦機接口裝置可實時監(jiān)測患者大腦活動情況，并自動識別癲癇等疾病的特征性腦電譜，在疾病發(fā)作前或剛一發(fā)生即產(chǎn)生“報警”，同時自動激活脈沖發(fā)生器給予精準電刺激，對癲癇等疾病的異常腦電產(chǎn)生抑制效果。
除此之外，國外已有研究團隊通過“意念書寫”腦機接口，可實現(xiàn)讓受試者將腦中想象的“筆跡”轉(zhuǎn)為屏幕文本，準確率超99%，受試者可達到每分鐘輸入90個字符的速度。
腦機接口未來還有哪些想象空間？宋恩名大膽預(yù)測，未來腦機接口或許可以實現(xiàn)人與人之間的心靈感應(yīng)，人腦意識甚至可以操縱無人駕駛等。
植入式柔性電子的原創(chuàng)性研究
宋恩名所從事的領(lǐng)域涉及腦電信號采集，研究面向腦機接口應(yīng)用的柔性電子系統(tǒng)，是最直接和腦組織相接觸的領(lǐng)域，其主要工作是圍繞半導(dǎo)體納米薄膜器件的全腦尺寸腦電電極陣列展開。
近年來，植入式新器件的研究突破促使神經(jīng)科學(xué)工程快速發(fā)展。宋恩名表示，植入式柔性電子系統(tǒng)的創(chuàng)新對于現(xiàn)有的腦機接口技術(shù)革新至關(guān)重要。
傳統(tǒng)腦機接口技術(shù)通常依賴較厚的剛性植入式腦電電極，比如上世紀90年代美國猶他大學(xué)研發(fā)的植入式腦探針，基底上排列著100根信號探針，該系統(tǒng)力學(xué)性能上與柔軟腦組織相互不能匹配，更為重要的是它不具備腦電信號放大功能。
基于這些技術(shù)局限，宋恩名團隊在面向腦機接口應(yīng)用的植入式柔性電子研究做出了一系列原創(chuàng)性工作。首先，針對目前的腦機接口技術(shù)剛性結(jié)構(gòu)與信號采集面積、分辨率不足的局限，宋恩名團隊創(chuàng)新了基于半導(dǎo)體薄膜的電極陣列的柔性轉(zhuǎn)移技術(shù)，建立了基于數(shù)以萬計遍布全腦維度的皮層腦電前放電極陣列。
針對植入式柔性電子因封裝問題而在腦內(nèi)工作不穩(wěn)定的封裝難點，他們開發(fā)了以熱氧化二氧化硅的納米材料層為封裝層的技術(shù)，獲得了封裝性能穩(wěn)定、可長達數(shù)年實現(xiàn)皮層腦電采集的植入器件。針對傳統(tǒng)金屬電極在功能性與穩(wěn)定性方面長期存在的問題，團隊提出了具有生物兼容性的重摻硅薄膜陣列電極的腦電信號采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了信號穩(wěn)定采集，可信號調(diào)控，進行腦部電信號刺激。
“Neuralink使用無源的金屬電極，換句話說，它直接用導(dǎo)體接觸腦組織，這也是目前國內(nèi)外大部分課題研究組在從事的?！倍味髅难芯砍晒玫搅舜罅堪雽?dǎo)體技術(shù)，他表示，這一系列成果已證實，他們制備的系統(tǒng)可實時監(jiān)測動物腦電信號乃至數(shù)年，相關(guān)成果對診斷治療神經(jīng)功能疾病有重要參考意義。
導(dǎo)體的功能主要是直接記錄腦電信號活動，但半導(dǎo)體的集成電路具備放大器功能，可提純和放大信號，拉大信噪比，這也是半導(dǎo)體在腦機接口領(lǐng)域具備的最顯著優(yōu)勢。此外，Neuralink設(shè)備連接豬腦的1024個電極仍然是一對一連接，“因為導(dǎo)體的連接方式就是一個電極對應(yīng)一條引線，1024個電極就需要1024條引線。如果使用CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）集成技術(shù)，可以采用陣列模式，多路復(fù)用的傳感模式可以大量節(jié)省引線?！?br/>宋恩名介紹，1000個電極采用CMOS技術(shù)只需要92條引線就可以做到點對點的操作。植入式器件存在一定的感染或排異反應(yīng)，而共用引線的優(yōu)勢是，當(dāng)引線數(shù)量減少，植入設(shè)備的安全性增強。當(dāng)然也存在缺點，如果一條引線失效，會導(dǎo)致一排或一列電極同時失效。導(dǎo)體與半導(dǎo)體材料在腦機接口中的應(yīng)用各有利弊，如果兩者共同進步，取其精華是未來趨勢所在。
看好國內(nèi)腦機接口的發(fā)展土壤
宋恩名真正進入腦機接口領(lǐng)域是博士后階段。本科和博士階段從事半導(dǎo)體材料研究，這為他研發(fā)半導(dǎo)體集成的腦機接口技術(shù)打下基礎(chǔ)。
他出生在別人口中的“書香門第”之家，父母分別是復(fù)旦大學(xué)和上海海洋大學(xué)的教授。孩童時期家教嚴格，但也在潛移默化中影響了他的學(xué)習(xí)習(xí)慣和思考辯證模式，最終走上了科研之路。
從小學(xué)習(xí)成績名列前茅，從復(fù)旦二附中的初中考入上海本地名校“復(fù)旦附中”。高考結(jié)束后，他報考了復(fù)旦大學(xué)材料物理專業(yè)，本科、博士都在復(fù)旦大學(xué)度過。材料組成器件，器件構(gòu)成集成系統(tǒng)，集成系統(tǒng)最終面向應(yīng)用，這條邏輯鏈也往前推動著宋恩名的求學(xué)之路。
博士期間，宋恩名被美國四院院士John A. Rogers教授看中，獲得了聯(lián)合培養(yǎng)博士生機會，2015年出國留學(xué)，在美國伊利諾伊大學(xué)厄班納-香檳分校（UIUC）攻讀博士。兩年后，跟著導(dǎo)師轉(zhuǎn)到美國西北大學(xué)工作開啟了腦機接口應(yīng)用的博士后研究。
每天早上6時出門，晚上11時回家，這樣的日子幾乎持續(xù)在美國留學(xué)的五年。對于他的兩個孩子而言，宋恩名是個“消失的爸爸”?！艾F(xiàn)在想起來覺得很苦，但是說出來大家可能不信，我自己在那段時間里卻并不覺得，是一種 ‘忘我’的狀態(tài)，甚至我承認，樂在其中?！?br/>實驗室儀器難約，他只約上了感恩節(jié)早上5時30分。起了個大早趕去UIUC實驗室，早上5時路過John A. Rogers的辦公室，他的導(dǎo)師早已坐在里面，桌上的咖啡已經(jīng)涼了。那一幕震撼了宋恩名，也影響了他做研究和生活的習(xí)慣。
在美國留學(xué)的五年里，宋恩名在面向腦機接口應(yīng)用的柔性電子系統(tǒng)研究上取得進展，尤其是在動物皮層腦電傳感領(lǐng)域博士后出站后，宋恩名和家人回國，他加入母校復(fù)旦大學(xué)光電研究院，組建實驗室，與國內(nèi)外知名學(xué)者和課題組建立合作關(guān)系。
“我很看好國內(nèi)腦機接口的發(fā)展土壤，尤其是國內(nèi)對年輕人的培植力度非常大，像上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃，都是國家對青年科學(xué)家、青年人才的扶持。”宋恩名說。
在他看來，腦機接口這一前沿領(lǐng)域，國內(nèi)外差距不大，“國內(nèi)的類腦計算，尤其是大數(shù)據(jù)庫在國際上已經(jīng)取得非常前沿的位置，包括我從事的腦機接口硬件制造，我也相信國內(nèi)的環(huán)境會給我很大的支持，事實證明也是如此?！背酥踩胧狡骷X機接口研究還需要芯片集成、編碼解讀、類腦計算大數(shù)據(jù)庫的建立、大量神經(jīng)外科醫(yī)生的輔助。宋恩名表示，腦機接口研究就像一個大熔爐，醫(yī)工交叉是大趨勢。國家也在鼓勵交叉學(xué)科，國內(nèi)醫(yī)工交叉項目越來越多，而創(chuàng)新正是需要不同領(lǐng)域的思想火花碰撞，這也是他選擇回到母校的原因之一。未來國際學(xué)術(shù)的整體發(fā)展趨勢是交叉學(xué)科共同進步?！澳X機接口的發(fā)展需要大家的合力，我希望看到眾人拾柴火焰高的最終景象，我們也在和一些醫(yī)院合作，神經(jīng)外科的專家可以把我們做的東西應(yīng)用起來?！?br/>（編者注：本文系澎湃科技與上?？萍悸?lián)合推出的“正自廣闊：上?？萍记嗄?5人引領(lǐng)計劃追光報道”系列之一。敬請垂注更多后續(xù)報道。）

海報設(shè)計：澎湃新聞 祝碧晨