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中(zhong)國科(ke)學(xue)院自動化研究所腦(nao)(nao)圖譜與(yu)類(lei)腦(nao)(nao)智(zhi)能實(shi)(shi)驗(yan)室（簡(jian)稱“腦(nao)(nao)與(yu)類(lei)腦(nao)(nao)實(shi)(shi)驗(yan)室”）腦(nao)(nao)機(ji)接(jie)口與(yu)融合(he)智(zhi)能團隊自主研發的柔(rou)性微電極植入機(ji)器(qi)人(ren)產品(pin)——CyberSense，近日通過深(shen)圳市“腦(nao)(nao)解析與(yu)腦(nao)(nao)模擬”重(zhong)大(da)科(ke)技(ji)基礎設施（簡(jian)稱“腦(nao)(nao)設施”）預驗(yan)收，助力(li)科(ke)學(xue)家將(jiang)“比頭發絲更細(xi)更軟(ruan)”的柔(rou)性微電極植入實(shi)(shi)驗(yan)動物(wu)的大(da)腦(nao)(nao)皮層，為腦(nao)(nao)機(ji)接(jie)口與(yu)腦(nao)(nao)科(ke)學(xue)研究提供關鍵支撐。

▲柔性腦皮層微(wei)電極植入機器(qi)人CyberSense

CyberSense是(shi)“縫紉(ren)機(ji)(ji)”式(shi)(shi)柔性電極自動植(zhi)入(ru)(ru)機(ji)(ji)器(qi)人，具有多(duo)項自主(zhu)知識產權，可靈(ling)(ling)活(huo)兼(jian)容不同規格的(de)柔性微(wei)電極，應用(yong)(yong)于(yu)嚙齒(chi)類、非(fei)人靈(ling)(ling)長類等動物(wu)的(de)大(da)腦(nao)皮(pi)層植(zhi)入(ru)(ru)。植(zhi)入(ru)(ru)機(ji)(ji)器(qi)人可以在其智能感知系統的(de)引導下，以微(wei)米(mi)級的(de)三維操(cao)作精度，將多(duo)根厚度≤10微(wei)米(mi)、寬度≤100微(wei)米(mi)的(de)微(wei)絲狀(zhuang)電極植(zhi)入(ru)(ru)大(da)腦(nao)皮(pi)層內(nei)，并靈(ling)(ling)活(huo)地避讓(rang)腦(nao)血管。由于(yu)植(zhi)入(ru)(ru)過程是(shi)利用(yong)(yong)一(yi)根硬質(zhi)針不斷上下穿梭、操(cao)作柔軟的(de)微(wei)絲，類似于(yu)縫紉(ren)機(ji)(ji)的(de)工作過程，所以國內(nei)外學者稱其為“縫紉(ren)機(ji)(ji)”式(shi)(shi)植(zhi)入(ru)(ru)。

植入(ru)后的(de)(de)柔性(xing)微(wei)(wei)電極可以(yi)將大(da)腦的(de)(de)神(shen)經電信號傳導到(dao)微(wei)(wei)型芯片，由微(wei)(wei)型芯片對收集到(dao)的(de)(de)神(shen)經信號進行(xing)處理和(he)通(tong)(tong)信，從中(zhong)解析(xi)出(chu)大(da)腦在(zai)執行(xing)的(de)(de)信息處理，并控制外部設備，也可以(yi)通(tong)(tong)過微(wei)(wei)電流刺激電極觸(chu)點附近的(de)(de)神(shen)經細(xi)胞(bao)，對腦活動(dong)進行(xing)調控。目(mu)前，CyberSense已(yi)成功支持了中(zhong)國科(ke)學院半導體研(yan)究所和(he)微(wei)(wei)靈腦機等研(yan)制的(de)(de)多種(zhong)規格的(de)(de)柔性(xing)微(wei)(wei)電極植入(ru)，服務(wu)于腦機接(jie)口和(he)神(shen)經電生理研(yan)究。

▲獼猴大腦皮層植入(ru)手(shou)術

據(ju)了解(jie)，植(zhi)(zhi)入(ru)(ru)式腦(nao)機接(jie)口是一(yi)個高度(du)交叉的領域，涉及電極、芯片、植(zhi)(zhi)入(ru)(ru)、通(tong)信、腦(nao)外科(ke)、人(ren)工智能、神經解(jie)碼等多種(zhong)關(guan)鍵技(ji)(ji)術，需要(yao)多學(xue)科(ke)協作創新和集成攻關(guan)。隨著新材料和微納加(jia)工技(ji)(ji)術的進(jin)步，現(xian)在的植(zhi)(zhi)入(ru)(ru)式電極越(yue)來(lai)(lai)越(yue)微小和柔軟(ruan)，能大大降低植(zhi)(zhi)入(ru)(ru)創傷(shang)和排異反(fan)應，但同(tong)時植(zhi)(zhi)入(ru)(ru)難度(du)也越(yue)來(lai)(lai)越(yue)大，遠超人(ren)手(shou)和肉眼的能力極限(xian)，所以高度(du)自動化的植(zhi)(zhi)入(ru)(ru)機器人(ren)成了腦(nao)機接(jie)口領域的核心設備(bei)。

▲動(dong)物(wu)大腦皮層多電極植入效果

植入式腦(nao)機(ji)接口(kou)可(ke)以給殘障人士帶來高(gao)性(xing)能(neng)的(de)意念控制、語音合成、視覺重建等技(ji)術福利，也可(ke)以協助科學家利用高(gao)通量(liang)(liang)信號研究大腦(nao)的(de)工作(zuo)原理(li)。如何采集(ji)大量(liang)(liang)的(de)高(gao)質量(liang)(liang)神經信號，并且盡可(ke)能(neng)降低(di)植入帶來的(de)安(an)全風險(xian)，是植入式腦(nao)機(ji)接口(kou)技(ji)術面臨的(de)核心(xin)問題。

▲已應用的柔性腦皮層微絲電(dian)極示例(li)

植入(ru)式腦機接(jie)(jie)口(kou)已(yi)經由硬質(zhi)電(dian)(dian)極時代進入(ru)到(dao)柔性(xing)電(dian)(dian)極時代，柔性(xing)電(dian)(dian)極有多種不同的類型(xing)，例如貼在(zai)大腦皮(pi)層表面(mian)的薄膜電(dian)(dian)極、從靜脈血管介入(ru)的支架電(dian)(dian)極等(deng)，各有千秋(qiu)，相比之(zhi)下，微絲狀(zhuang)柔性(xing)電(dian)(dian)極的優勢是(shi)，在(zai)植入(ru)大腦皮(pi)層內部后，電(dian)(dian)極與神經元(yuan)(yuan)直接(jie)(jie)接(jie)(jie)觸，能采集到(dao)高精度的神經元(yuan)(yuan)脈沖(chong)。

在下一(yi)步工作中，腦與(yu)類腦實驗室腦機(ji)(ji)(ji)接(jie)(jie)口與(yu)融合(he)智能團隊將(jiang)繼續開發柔性電極(ji)植(zhi)入(ru)機(ji)(ji)(ji)器人(ren)系列產品(pin)，促進國(guo)內腦機(ji)(ji)(ji)接(jie)(jie)口與(yu)腦科學(xue)的(de)發展。

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