“我们开发的免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口,里面有三个关键词,第一是高通量,我们希望把通道数提上来,第二是要微创可植入,第三我们是柔性的。”陶虎教授近期接受采访时阐述了脑虎科技在脑机接口技术方面的科技创新。

谈及植入式脑机接口,陶虎教授指出,第一个想到肯定是安全性的问题,安全性的问题里面分两点,首先是手术本身的创伤对于病人的安全性,再者是植入以后它长期在体的安全性、稳定性,这两点是植入式脑机接口必须要面对的问题,这就造成技术的门槛极高。目前这项技术必须把这个问题解决,才有可能在临床上得到推广应用。

可见,能够长期稳定、高通量记录大脑神经细胞电活动的微电极阵列,是脑科学基础研究和包括脑机接口在内的临床诊疗技术的重要工具。

高通量 —— 借鉴集成电路的制造工艺

截止到目前,我们能够同时记录到大脑神经元的数量大概是在千的量级。1000个通道的神经元记录设备跟我们大脑里860亿个神经元,这中间差距巨大。

在过去几十年里,大家做神经界面,做脑机接口的脑电极基本上是按照医疗器械的方式来的。脑虎科技借鉴了集成电路的制造工艺,集成电路的优点是可以在很小的面积里来集成很多的器件,通过集成电路方式,脑虎采用光刻、布线的技术,在平面上来做一个非常高密度的神经电极的制备,借用集成电路庞大的加工能力和集成能力,把如此多的神经电极记录点集成到一个小小的芯片里,而且芯片还能微创植入到大脑里面,进行大脑的采集和刺激。陶虎表示,目前来看这是最重要的,因为它是直插到大脑里面做信号采集和读写。

目前脑虎科技开发的新型电极,在单器件集成了 2640 个电极记录位点,可同时采集传输 2600 多个神经元信号。

柔性 —— 长期的安全性会得到保障

陶虎指出,大脑是最复杂又最脆弱的一个器官,脑机接口技术会涉及到电极、芯片、植入装置、算法等,除了要做集成、封装,更重要的是技术本身的生物安全性、长期在体的稳定性等。

相比传统犹他阵列硬质电极,目前业内脑机接口公司都使用柔性电极植入,据悉,脑虎科技借鉴集成电路的制造工艺,并将它做在了柔性的衬底上,“集成电路的芯片或者器件一般都做在硅基晶圆上,我们现在把它做在柔性的基底上,这样当电极植入大脑后,在体的创伤及在体对大脑引发的免疫反应会更好,同时长期的安全性会得到很大的保障。”陶虎说道。

微创植入 —— 独创蚕丝蛋白辅助植入

毕竟是一个植入式的器械,怎样能够把这个柔性电极精准植入又不造成太大的创伤,脑虎科技通过巧妙的设计,实现了其柔性 “脑机接口” 微电极阵列系统的免开颅微创植入,独创了采用蚕丝蛋白辅助植入的方式,只要打一个1毫米的微孔就可以顺利植入。陶虎展开说道,“蚕丝蛋白天然抗菌、可降解、力学强度高,相应地,以蚕丝蛋白为主体的柔性电极将继承其自然属性,在生物相容性、机械强度上要比化工或化学合成材料制成的电极有优势,这些优势我们也期待在临床中能够体现出来。”

脑虎科技作为在深脑技术领域探索的代表公司,是一家在柔性材料领域独具特色的中科大系创业公司,两位创始人陶虎和彭雷是中科大的同学,毕业于中科大精密仪器与精密机械专业。

目前脑虎科技实行产学研合作模式,属于 “双轨制” 推进技术的发展,陶虎带领的中科院团队在前端进行前沿技术研发的探索,彭雷带领的脑虎科技商业化团队执行相应技术的落地和产业化,公司已经完成了核心技术突破以及关键器件制造。