科學(xué)家分享人腦芯片研究進(jìn)展

為了能打造出能聆聽并回應(yīng)人腦指令的晶片，以提供多樣化的醫(yī)療應(yīng)用，研究人員正在克服一系列相關(guān)挑戰(zhàn);在近日于美國舊金山舉行的 2015年度國際固態(tài)電路會(huì)議(International Solid-State Circuits Conference，ISSCC)的一場座談上，多位專家分享了他們在人腦介面技術(shù)方面的研究進(jìn)展與爭議。

各國政府都意識(shí)到了關(guān)注民眾大腦健康 狀態(tài)的重要性，該類問題光是在美國，一年對(duì)經(jīng)濟(jì)的耗損就高達(dá)數(shù)兆美元;雖然相關(guān)預(yù)算支出仍持續(xù)增加，仍有人認(rèn)為不夠。歐盟則是推動(dòng)了一項(xiàng)15億美元的計(jì) 畫，投入國民大腦健康維護(hù)所需技術(shù)的研發(fā)，但卻爭議不斷;對(duì)此瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院(Swiss Federal Institute of Engineering in Zurich)生物工程教授Andreas Hierlemann表示：“那聽起來是很大一筆投資，但實(shí)際上沒有那么多。”

Hierlemann，到目前為止，該歐盟計(jì)畫在2.5年 內(nèi)雖僅花費(fèi)5,400萬歐元，但仍在不斷增加;大部分的預(yù)算需求來自超過50個(gè)計(jì)畫夥伴成員，包括來自美國的;在此同時(shí)，該計(jì)畫焦點(diǎn)似乎轉(zhuǎn)向?qū)τ谌四X的電 腦建模(modeling)，而不是人腦介面晶片的研發(fā)，這是一個(gè)備受爭議的問題：“整個(gè)計(jì)畫的走向目前還沒有完全厘清。”

歐盟、美國政府皆有官方贊助人腦晶片研究計(jì)劃

在另一方面，美國的研究人員已經(jīng)開始著手進(jìn)行三年前白宮所發(fā)起、資金補(bǔ)助相對(duì)規(guī)模較小的1億美元人腦晶片研究計(jì)畫;參與該計(jì)畫的美國加州柏克萊大學(xué)研究人員 Jan Rabaey表示，美國國防部高等研究計(jì)畫署(DARPA)已經(jīng)轉(zhuǎn)向?yàn)樵撚?jì)畫提供資金，投入金額可能達(dá)1億美元。此外美國國家衛(wèi)生研究院 (National Institutes of Health)以及國家科學(xué)基金會(huì)(NSF)也開始征求相關(guān)研究提案，Rabaey認(rèn)為：“雖然一切才剛起步，但該領(lǐng)域確實(shí)擁有商機(jī)。”

美國醫(yī)療技術(shù)大廠美敦力(Medtronic)核心技術(shù)資深總監(jiān)Tim Denison表示，目前有三家公司擁有人腦植入裝置;例如美敦力的Activa PC+S，在2009年首度使用于動(dòng)物植入，目前則是收集了超過一年的部分病患資料。他指出：Activa嵌入了一種專門為聆聽腦波所設(shè)計(jì)、像是示波器 (oscilloscope)的晶片：“因?yàn)橐酝?腦波)紀(jì)錄活動(dòng)被限制在手術(shù)室內(nèi)的數(shù)分鐘或數(shù)小時(shí)，那是很不切實(shí)際的環(huán)境，而現(xiàn)在我們(對(duì)人腦)能有 更多的了解。”

Denison最近與兩家同樣有人腦植入裝置的競爭對(duì)手NeuroPace與Cyberonics合作撰寫了一篇文章;據(jù)了解，約有350位病患接受了 NeuroPace的人腦植入裝置，能聆聽即將發(fā)生的癲癇發(fā)作征兆并提供刺激以避免病發(fā);而 Cyperonics則在歐洲提供患者一種迷走神經(jīng)(Vagus nerve)刺激器，能以一種類似的閉路(closed-loop)方法聆聽對(duì)生物征象并自動(dòng)做出回應(yīng)。

美敦力的Activa PC+S人腦植入裝置

Denison 表示，未來的植入裝置可望與腕戴式裝置搭配使用，以預(yù)測病患的行動(dòng)并提供刺激;他展示了一段動(dòng)畫，說明該類系統(tǒng)如何能協(xié)助帕金森氏癥患者倒一杯咖啡。 Denison指出，前方仍有許多挑戰(zhàn)，研究人員仍在嘗試能以最小化方式布置電極、有效擷取腦波的方法，此外他們也在研究如何解譯通常非常微弱的腦波訊 號(hào)，特別是在刺激器的訊號(hào)相對(duì)更明顯的時(shí)候;理解這類電子刺激器如何搭配藥物使用則是另一個(gè)需要克服的障礙。