我國科學家成功研製腦機接口柔性微電極植入機器人CyberSense

記者今天（28日）從中國科學院自動化研究所獲悉，該研究所腦圖譜與類腦智能實驗室（簡稱“腦與類腦實驗室”）腦機接口與融合智能團隊自主研發的柔性微電極植入機器人產品——CyberSense，近日通過深圳市“腦解析與腦模擬”重大科技基礎設施（簡稱“腦設施”）預驗收，助力科學家將“比頭髮絲更細更軟”的柔性微電極植入實驗動物的大腦皮層，為腦機接口與腦科學研究提供關鍵支撐。

△柔性腦皮層微電極植入機器人CyberSense

CyberSense是“縫紉機”式柔性電極自動植入機器人，具有多項自主知識產權，可靈活兼容不同規格的柔性微電極，應用於齧齒類、非人靈長類等動物的大腦皮層植入。植入機器人可以在其智能感知系統的引導下，以微米級的三維操作精度，將多根厚度≤10微米、寬度≤100微米的微絲狀電極植入大腦皮層內，並靈活地避讓腦血管。由於植入過程是利用一根硬質針不斷上下穿梭、操作柔軟的微絲，類似於縫紉機的工作過程，所以國內外學者稱其為“縫紉機”式植入。

植入後的柔性微電極可以將大腦的神經電信號傳導到微型芯片，由微型芯片對收集到的神經信號進行處理和通信，從中解析出大腦在執行的信息處理，並控制外部設備，也可以通過微電流刺激電極觸點附近的神經細胞，對腦活動進行調控。目前，CyberSense已成功支持了中國科學院半導體研究所和微靈腦機等研製的多種規格的柔性微電極植入，服務於腦機接口和神經電生理研究。

△獼猴大腦皮層植入手術

據瞭解，植入式腦機接口是一個高度交叉的領域，涉及電極、芯片、植入、通信、腦外科、人工智能、神經解碼等多種關鍵技術，需要多學科協作創新和集成攻關。隨着新材料和微納加工技術的進步，現在的植入式電極越來越微小和柔軟，能大大降低植入創傷和排異反應，但同時植入難度也越來越大，遠超人手和肉眼的能力極限，所以高度自動化的植入機器人成了腦機接口領域的核心設備。

△動物大腦皮層多電極植入效果

植入式腦機接口可以給殘障人士帶來高性能的意念控制、語音合成、視覺重建等技術福利，也可以協助科學家利用高通量信號研究大腦的工作原理。如何採集大量的高質量神經信號，並且儘可能降低植入帶來的安全風險，是植入式腦機接口技術面臨的核心問題。

△已應用的柔性腦皮層微絲電極示例

植入式腦機接口已經由硬質電極時代進入到柔性電極時代，柔性電極有多種不同的類型，例如貼在大腦皮層表面的薄膜電極、從靜脈血管介入的支架電極等，各有千秋，相比之下，微絲狀柔性電極的優勢是，在植入大腦皮層內部後，電極與神經元直接接觸，能採集到高精度的神經元脈衝。

在下一步工作中，腦與類腦實驗室腦機接口與融合智能團隊將繼續開發柔性電極植入機器人系列產品，促進國內腦機接口與腦科學的發展。

（總枱央視記者 帥俊全 褚爾嘉）