為下一代大腦植入設(shè)計(jì)的石墨烯芯片
2024-07-22 12:21:28 EETOP初創(chuàng)公司 Inbrain Neuroelectronics 正在試驗(yàn)使用石墨烯芯片的腦機(jī)接口 (BCI)。腦機(jī)接口允許人們通過腦信號直接控制計(jì)算機(jī)。該公司已經(jīng)計(jì)劃今年夏天在曼徹斯特大學(xué)進(jìn)行首次石墨烯腦機(jī)接口測試，測試將會(huì)在一名患者的腦腫瘤切除手術(shù)中進(jìn)行。
腦機(jī)接口并不是一項(xiàng)新技術(shù)，馬斯克的 Neuralink 的第一位患者現(xiàn)在已經(jīng)能夠僅用大腦來玩電腦游戲。然而，石墨烯芯片的創(chuàng)新之處在于它不使用金屬材料。石墨烯僅由碳組成，因此不容易發(fā)生法拉第反應(yīng)。
法拉第反應(yīng)是一種電化學(xué)過程，當(dāng)在金屬電極和電解質(zhì)溶液之間施加電壓時(shí)，二者之間會(huì)發(fā)生這種反應(yīng)。一個(gè)常見的例子是氧化（如生銹）。大多數(shù)腦機(jī)接口由金屬材料制成，而人腦實(shí)際上漂浮在一種水溶性電解質(zhì)中。因此，為了防止腦機(jī)接口過早降解，大多數(shù)腦機(jī)接口只能接收信息。
Inbrain 的首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Carolina Aguilar 表示：“金屬會(huì)發(fā)生法拉第反應(yīng)，實(shí)際上使所有電子相互作用，降低其傳遞信號回到大腦的有效性。”IEEE Spectrum 報(bào)道說，Aguilar 還表示，由于石墨烯由碳制成，它可以在不引發(fā)任何法拉第反應(yīng)的情況下承受高達(dá) 200 倍的電壓。
這意味著 Inbrain Neuroelectronics 可以使用其石墨烯腦機(jī)接口來讀取信號并刺激患者的大腦。該公司預(yù)計(jì)其設(shè)備將在作為治療工具發(fā)送的數(shù)百萬次脈沖中保持穩(wěn)定。然而，該公司計(jì)劃逐步推進(jìn)，目前還不會(huì)在該應(yīng)用上測試芯片。
石墨烯腦機(jī)接口的首次應(yīng)用
在任何腦機(jī)接口測試之前，必須評估其對人體的生物相容性。Aguilar 說：“過去三年中，我們通過各種大型動(dòng)物的安全性研究，一直在進(jìn)行生物相容性研究。所以現(xiàn)在我們可以獲得這些綠燈來證明對人類的額外安全性。”
除了今年夏天即將進(jìn)行的腦手術(shù)，石墨烯芯片還被應(yīng)用于帕金森病的治療。Aguilar 補(bǔ)充道：“對于帕金森病的治療，我們一直在進(jìn)行不同的臨床前研究，這些研究表明與目前的商業(yè)技術(shù)相比，在減輕帕金森病癥狀方面具有合理的優(yōu)越性。”
Inbrain 芯片首先會(huì)記錄大腦發(fā)出的運(yùn)動(dòng)指令信號——例如，當(dāng)患者想要移動(dòng)手時(shí)。除此之外，它還會(huì)尋找與帕金森病相關(guān)的病理性生物標(biāo)志物，如震顫和僵硬。通過監(jiān)測這些信號，Inbrain 芯片可以看到帕金森病患者的治療方案效果如何，并相應(yīng)調(diào)整。
Aguilar 說：“帕金森病患者服用大量藥物，隨著時(shí)間推移，這些藥物必須不斷更換，以應(yīng)對患者對藥物效力的逐漸耐受。我們可以至少減少50%的藥物使用量，并希望隨著我們設(shè)備的精確度提高，未來能減少更多。”
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