脑机接口(BCI)技术的核心在于电极材料与植入技术的革新,这些进展直接关系到BCI系统的信号采集质量、长期稳定性以及用户的舒适度。近年来,随着材料科学、微电子学以及医疗技术的飞速发展,BCI电极材料与植入技术取得了显著突破。
柔性电极:生物相容性与信号质量的双重提升
柔性电极因其高生物相容性、低损伤性和稳定的信号质量,成为BCI技术研发的焦点。传统刚性电极在植入过程中可能对脑组织造成损伤,且长期植入后易引发免疫反应。而柔性电极则能很好地解决这些问题,它们能够紧密贴合大脑皮层,减少组织损伤,同时提供高质量的神经信号采集。
微灵医疗的CORTEX-0型高密度网状超柔顺神经电极阵列
国内微灵医疗研发的CORTEX-0型高密度网状超柔顺神经电极阵列,采用了微米级超薄结构,可紧贴大脑皮层,实现高时空分辨率信号采集。该电极阵列已在十余家三甲医院开展临床试验,展示了其在瘫痪治疗、神经退行性疾病管理等方面的潜力。
“北脑二号”柔性微丝电极
中国科学家研发的“北脑二号”柔性微丝电极,直径仅为头发丝的十分之一,能够在猕猴脑内长期稳定采集脑电信号,同时对脑组织的损伤极小。该系统已实现意念控制运动目标拦截等高级功能,为BCI技术的临床应用提供了有力支持。
Neuralink的“缝纫机式”植入技术
在国际上,Neuralink公司的柔性电极采用了创新的“缝纫机式”植入技术,实现了单设备3072个电极触点的高通量信号采集。这种技术不仅提高了信号采集的密度和精度,还大大简化了植入过程,减少了手术风险。
生物可降解电极:减轻长期植入的负担
生物可降解电极是近年来BCI技术发展的又一大亮点。这种电极在植入后可扩展至原体积的数倍甚至数十倍,覆盖更广泛的脑区,而在使用一段时间后,电极会自然分解,无需进行二次手术取出,极大减轻了患者的痛苦和手术风险。
韩国与美国研究团队的生物降解电极
韩国和美国的研究团队共同开发了一种生物降解电极,该电极在植入后能够稳定采集神经信号,并在一段时间后自然分解。这种电极的设计充分考虑了人体对长期植入物的排异反应,为BCI技术的长期应用提供了新的解决方案。
高通道数电极:提高解码精度与效率
高通道数电极能够同时采集更多神经信号,极大提高BCI系统的解码精度和效率。这对于实现复杂功能控制、提高用户体验具有重要意义。
脑虎科技的256导高通量电极
脑虎科技推出的256导高通量植入式柔性BCI设备,在临床应用中表现出色。该电极凭借其高精度的神经信号采集技术,已应用于实时汉语编解码实验中,取得了71%的解码准确率。这一突破为语言BCI的进一步发展奠定了基础。
荷兰研究团队的超薄皮层电极
荷兰研究团队开发的超薄皮层电极(253通道)通过硬脑膜外贴附,以半侵入方式捕获神经集群信号。该电极与AI协同工作,首次突破传统BCI需完整语句输入的限制,实现字词级即时转译,极大提高了BCI系统的实用性和用户体验。
植入技术的创新:减少手术风险与提高稳定性
除了电极材料的革新外,植入技术的创新也是BCI技术发展的重要方向。通过优化植入过程、提高电极的稳定性,可以进一步减少手术风险,提高BCI系统的长期应用效果。
Neuralink的手术机器人技术
Neuralink公司利用先进的手术机器人技术,实现了电极的精准植入。这种技术不仅大大提高了手术的精确度和安全性,还减少了手术时间和术后恢复时间,为患者提供了更好的治疗体验。
血管支架式电极(Stentrode)的非开颅植入技术
Synchron公司开发的血管支架式电极(Stentrode)实现了非开颅植入,通过血管将电极送达大脑指定位置。这种技术避免了传统开颅手术的风险和痛苦,为患者提供了更为安全、便捷的BCI植入方案。同时,该电极还与Apple Vision Pro等消费电子设备结合,进一步拓展了BCI技术的应用场景。
未来展望:材料科学与医疗技术的深度融合
随着材料科学和医疗技术的不断发展,BCI电极材料与植入技术将迎来更多创新。未来,我们可以期待更加生物相容性好、信号质量高、植入过程简便的电极材料的出现。同时,随着医疗技术的不断进步,BCI系统的植入过程将更加安全、高效,为患者提供更好的治疗体验和生活质量。这些进展将共同推动BCI技术向更高层次发展,为医疗、康复、人机交互等领域带来革命性变化。
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