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经过脑机接口，意图念间接管制机器、完成交互，在科幻电影里很常见。但理想中，电光火石间，大脑上百亿个神经元传导的信号，如何收集、解析，都是迷信家们正在攻关的困难。
基于在神经界面畛域的积攒，「阶梯医疗」（全称：上海阶梯医疗科技无限公司）于2021年8月成立。据悉，其开创人赵郑拓系90后，博士结业于德克萨斯大学奥斯汀分校生物医学工程专业，当初国际一出名科研机构任博士生导师。
阶梯医疗聚焦植入式脑机接口零碎的开发，自主研发包罗无线脑电记载零碎、安慰零碎、手术植入机器人等医疗产品，以解决各类缘故致使的静止功用障碍、重度难治性神经与精力类疾病等临床难点。目前，由赵郑拓博士率领的科研团队已启动柔性电极术外埋植平安性、无效性的临床实验。
除了临床疗法的开发，阶梯医疗将推出的多零碎适配电极板，搭载了超柔性微纳电极；产品拟于往年上市商业化，次要面向神经迷信/脑迷信钻研团队、病院临床科研、脑机接口相干运用厂商等。“为了构建中国植入式脑机接口的科研生态，咱们但愿超柔性电极技术先运用起来，反对钻研团队开发更具运用价值的脑机接口产品，”赵郑拓在承受36氪专访时表现。
植入大脑中的超柔性微纳电极
“脑机接口，是无望关上人类和机器的接口，可以让人脑和机器间接进行交互，”赵郑拓将间接与大脑接触的神经界面（又称神经电极），比方为脑机接口中的前哨，也是该畛域的卡脖子技术。神经电极的研发，要均衡解决植入尺寸、生物相容性、信号通道带宽、记载与安慰不乱等一系列问题。
为收集大脑神经元的信号，一种办法是在大脑中植入电极。早年电极以金属、硅基等硬质资料为主，但大脑组织柔性很高；将电极植入大脑，就像“把针拔出曾经一盒豆腐”，一旦人体静止起来，必定会发生显著的排异反映，使得终究电极被瘢痕包覆，致使记载损失。
因此，迷信家们早在十几年前就提出了“柔性电极”的概念。将电极资料换成柔性对比高的高份子聚合物后，表示的确优于以前的金属、硅基电极，但惯例柔性电极的杨氏模量依然远高于脑组织，且存在尺寸过大的问题，植入后会存在短时间或长时间的免疫反映，致使电极记载和安慰的不不乱。
然而，现有神经电极的通量和尺寸之间是联动瓜葛，通量低时，能记载的神经信号范围无限，表征大脑实在流动和用意的信息量就无限；而进步通量带宽，不免要排布更多电极，致使神经界面组织占比的增大。
为了破解这一困难，赵郑拓团队采取超柔性电极设计计划：在资料自身柔性很难进一步升高的状况下，经过升高电极厚度，来升高蜿蜒应力。当初阶梯医疗超柔性电极的蜿蜒应力，达到了细胞和细胞间作使劲的量级，使细胞难以“感知”四周神经电极的存在，从而造成没有免疫瘢痕的神经电极界面，以完成不乱的记载和安慰。
详细而言，一方面，是经过先进的微纳加工工艺，将电极做到细胞尺寸，即一根头发丝的1/300—1/200。“这样的超柔性电极植入大脑后，侵入性是微不足道的。我有一个demo是在1立方毫米的体积内，排布了近60个电极丝，有上千个信号收集通道。但评价它的侵入性，排开组织的体积，只要0.1%，对脑组织影响很小，”赵郑拓解释道。
除了电极尺寸升高带来的柔性，还需求弱小的后端电子零碎，缩小强劲的神经信号，把高带宽的信息实时传输入去。神经元信号的发放速度十分快，“一个神经元的发放是2毫秒，要很好地描画2毫秒的波形信息，需求40个采样点；这象征着采样率很高，也象征着单个通道收集的信息量十分大，因此也需求在后端发力，从运用角度，将超柔性电极的带宽进步到一个高程度，以更多、更实时地从大脑中收集无效信息，并完成精密化、高维度信息的解码和运用。”
据赵郑拓引见，基于高通量超柔性微纳电极，其最新的任务中已完成最高2304通道信号记载的无免疫瘢痕植入，空间采样密度达1024通道/立方毫米，埋植超过300天以上，仍能不乱收集脑电波信号。
脑机接口的“倒金字塔模型”
在国内上，马斯克团队发动的侵入式脑机接口公司Neuralink，开展始终备受关注。那末与Neuralink比拟，阶梯医疗的技术才能和运用过程是怎么样的？为了明晰解答这一问题，赵郑拓博士分享了脑机接口畛域的“倒金字塔模型”。
全部脑机接口畛域，可类比为“倒金字塔模型”，脑机接口最底层、待冲破的技术瓶颈就是大脑和电极间接接触的神经界面。神经界面做得越好，就至关因而动物的根立得越稳，所以神经界面是脑机接口“倒金字塔”的基底。
固然，只要神经界面确定远远是不敷的，完美了底端后，金字塔的两头层是全零碎开发。全零碎开发是脑机接口技术和运用的“减速器”，也是必经之路。
倒金字塔模型的顶端，则是神经迷信畛域对脑机接口、对脑的了解，这也抉择着现阶段脑机接口技术的天花板。
“详细来看，Neuralink底层的神经电极技术，尺寸是咱们的5-7倍。尺寸升高，柔性水平会以三次方的瓜葛去进步，也就是说，尺寸减小1倍，柔性会进步2的三次方，即8倍。这一症结点，相应会带来不乱性、生物相容性、平安性的进步，”赵郑拓博士引见。
同时，他表现，在脑机接口的“集成和零碎”两头层，Neuralink更早开启研发，且汇聚了寰球顶尖的工程和迷信团队。目前来看，Neuralink零碎样机实现度更好，比较上去，“咱们在电极层面有一定的劣势，但在零碎集成方面，存在一定差距。”
在采访中，阶梯医疗反馈：零碎开发的差距，需求集成现有工业界的多个解决计划，技术层面其实不存在明显的瓶颈。但开发过程当中，往往需求微电子、资料、自动化等多专业人材，把其它畛域的技术劣势嫁接起来，在脑机接口场景下进行集成，令底层神经界面的劣势，在运用中可以充沛发扬。
例如，消费电子行业先进的封装技术、小型化集成电路工艺，拿到医疗器械场景，能够令产品状态尺寸更小、功耗更低、长时间使用机能更优。“做两头零碎，最首要的不是零碎自身，症结仍是对脑机接口自身的认知。咱们很早就涉足脑机接口，从0到1做了得多探究，除了柔性电极，还包罗植物模型开发等深化的科研。”
在赵郑拓看来，脑机接口是相似于安卓开发者平台、Windows零碎的平台型技术，基于技术平台和底层生态，可以让不同科研团队、临床钻研机构运用植入式脑机接口的工具，逐渐建设底层生态。
医疗运用场景及人材观
详细到阶梯医疗正在研发的医疗场景运用，次要包罗：静止障碍修复，针对中风、瘫痪、渐冻症人群，经过脑机接口，让重度残疾人士可以感知内部信息世界；经过管制外界机械装备，完成和物理世界的从新衔接。
此外，经过精密深脑安慰，精密调控大脑的不同神经元或核团，进而辅佐神经及精力类疾病的形态调控，面向如帕金森、重度或难治性抑郁症、强制症、毒品成瘾人群等。阶梯医疗也将针对这些顺应症，请求相应的三类植入式医疗器械。
目前，阶梯医疗处于产品开发阶段，团队次要由研发、经营两部份构成，其中研发部门按照产品和需要配置人材，又包罗机器人研发部、一体化零碎研发部。
作为钻研这一畛域的PI，赵郑拓表现，脑机接口是多学科穿插的零碎性工程，需求多方面的人材。好比在植动手术机器人方面，需求自动化、医疗机器人、嵌入式零碎管制方面的人材；一体化神经信号收集与调控零碎，则需求具备半导体高精细工艺、消费电子、摹拟混合集成电路设计、三类医疗器械研发技术的人材；除了研发端，在注册上市、临床市场的把控上，也需求有教训的团队。
“我最后成立钻研组时，第一批同窗是很早就对脑机接口抱有热心，寻觅平台来完成这件事。因此阶梯在兴办之初就着力于给对脑机接口事业有热心有寻求的人创立一个可以施展的平台，集合不同技术配景的人材，独特把这件事做得离转化、离真正的运用场景更进一步。”
据36氪理解，阶梯医疗已于2021年获取数千万元天使轮融资。目前公司正在招聘上述专业人材，如感兴致，欢送送达简历至“[email protected]”。 |
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