近日，國際權威期刊《先進科學》（advanced science）發表了由中國科學院上海微系統與信息技術研究所周志濤團隊、腦虎科技陶虎團隊、復旦大學附屬華山醫院毛穎/陳亮團隊聯合完成的重大研究成果——一款具備廣泛兼容性的通用型植入式柔性腦機介面系統。
該系統搭載腦機操作系統，可靈活腦控多種物理和數字設備，已實現了對20多種數字/物理設備的精準意念操控，在相近訓練時長下，信息傳輸速率（bps）與馬斯克neuralink受試者水平相當。
值得關注的是，這是國內團隊首次利用mems高通量、高解析度柔性腦機介面開展的長期植入臨床試驗，為高通量柔性腦機介面的臨床轉化奠定了重要基礎。
創新：兼顧性能與安全性
長期以來，腦機介面技術一直面臨「高性能」與「高安全性」難以兼得的困境。
研究團隊介紹，現有主流技術路線在信號採集方式上各有局限——
腦電圖雖無創，但因信號需穿過頭皮、顱骨等多層組織，衰減嚴重，導致信噪比低、時空解析度有限，通常僅能實現簡單指令的解碼；
顱內腦電圖雖能實現單神經元級別的高解析度信號採集，卻需穿透大腦皮層植入電極，對腦組織損傷大，易引發炎症和免疫反應，且覆蓋範圍有限；
傳統皮層腦電圖雖在創傷與性能之間取得平衡，但其電極密度低、設備體積大，不僅限制了解碼精度，還往往需施行較大範圍的開顱手術，增加了患者的手術風險與創傷。
針對這些痛點，研究團隊創新性地採用半導體微納製造工藝，成功研製出超柔性、高密度的256通道μecog電極陣列。
腦虎科技研發的超柔性、高解析度μecog腦機介面系統
新民晚報記者了解到，這一電極密度達64通道/平方厘米，較傳統的ecog電極提升64倍，同時具備優異的貼服性——超薄網狀記錄區可緊密貼合大腦皮層，確保信號高保真採集，而加厚設計的引線區則保障了長期植入的機械穩定性。系統搭配定製化鈦合金防水密封外殼與低功耗信號處理單元，最終實現了「高通量、高解析度、低侵入」的三重技術突破。
長期：203天動物實驗驗證
為驗證系統的長期安全性，研究團隊在一隻18月齡、體重30公斤的拉布拉多犬身上開展了長達203天的在體實驗。
實驗結果表明，該μecog電極系統表現出卓越的長期穩定性：電極通道的信號頻率特徵在整個實驗周期內保持一致，信噪比穩定在20db以上，完全滿足實時解碼需求。
在運動解碼精度方面，系統對拉布拉多犬三維運動的位置與速度解碼準確度均保持在78%以上，其中y方向（對應膝關節屈曲運動）解碼準確度最高達90%，且各方向解碼精度的波動極小，由此證明μecog電極系統可穩定捕捉精細運動相關的神經信號。
動物實驗和短期臨床試驗
更重要的是，實驗結束後進行的免疫組織化學分析顯示，電極植入區域與大腦對側同源區域相比，未出現明顯神經元丟失，星形膠質細胞、小膠質細胞等炎症標誌物也未出現顯著增多，充分驗證了系統的長期穩定性和生物相容性。
臨床：可兼容多個場景意念操控
在動物實驗的基礎上，研究團隊進一步開展了臨床驗證。在一例運動區定位的喚醒手術中，僅經過7分鐘的模型訓練，患者就能通過μecog電極系統控制大腦活動，完成乒乓球與貪吃蛇遊戲——其中乒乓球遊戲（一維運動控制）解碼準確率達90%，貪吃蛇遊戲（二維方向與速度控制）x、y方向解碼準確率分別達73%與79%，標誌著該系統可快速適配人體，實現實時運動解碼。
在另一項植入時長小於一個月的臨床試驗中，參與者累計完成25412次任務（總時長19.87小時），任務類型涵蓋center-out與webgrids範式。這些任務要求參與者在4秒內將游標移至屏幕中的高亮目標並保持200毫秒，否則視為任務失敗。為幫助參與者逐步適應基於運動想像的游標意念操控，研究採用漸進式訓練：前6天用靈活固定演算法優化控制體驗；從第7天起，經約30分鐘校準後，參與者無需額外輔助即可憑運動想像自主操控游標，最高比特率達到1.13比特/秒。面對更複雜的webgrids任務，經界面優化，第9天時最高比特率進一步提升至4.15比特/秒，與馬斯克neuralink受試者水平相當。最終參與者通過xessos腦機操作系統，成功實現了對大型複雜遊戲、智能輪椅、智能家居和各種app等多場景的意念控制，充分展現出該系統廣闊的臨床應用前景。
研究團隊表示，下一步將繼續優化系統性能，積極推進技術轉化，加速臨床落地進程。此外，團隊也期待該系統能為神經編解碼機制等基礎研究提供有力工具，進一步推動腦科學領域的重大突破。
來源：新民晚報 作者：郜陽
