比馬斯克腦機(jī)接口更精確微創(chuàng)，超聲波讀腦大法來了

西風(fēng) 2023-12-07 16:01:09 來源：量子位

西風(fēng) 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

腦機(jī)接口賽道又有新消息傳出。

IEEE Spectrum消息，一種新型微創(chuàng)超聲腦機(jī)接口設(shè)備正在開發(fā)中。

該設(shè)備將傳統(tǒng)的腦機(jī)接口介質(zhì)腦電，改為了超聲波。

原理是使用直接聚焦超聲波（FUS）改變神經(jīng)元的動(dòng)作電位，用一種名為功能性超聲成像（fUSI）的技術(shù)，通過多普勒效應(yīng)測量局部血流變化來監(jiān)測大腦區(qū)域內(nèi)的神經(jīng)活動(dòng)。

醫(yī)療技術(shù)公司Forest Neurotech和醫(yī)學(xué)影像公司Butterfly Network，已就研發(fā)這款微創(chuàng)超聲腦機(jī)接口設(shè)備達(dá)成合作。

要知道，像馬斯克Neuralink、Paradromics和Synchron等都在開發(fā)與大腦進(jìn)行“電”交互的腦機(jī)接口。

那么相較之下，基于超聲波的腦機(jī)接口有何優(yōu)勢？

“創(chuàng)口”更小，空間定位更精確

據(jù)介紹，傳統(tǒng)的腦電刺激技術(shù)由于電流在腦組織中傳播距離有限，所以在空間上受限較大。

因此在刺激大腦深層區(qū)域時(shí)，需要通過侵入性手術(shù)將電極放置在相關(guān)位置。而僅在顱骨上安裝深層植入物或電極只能記錄大腦表層區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)。

為此，開發(fā)團(tuán)隊(duì)表示正在研發(fā)一款微創(chuàng)超聲植入物，只需要將其植入用戶的頭骨，放置在大腦表層，就能使用超聲波靈活刺激和記錄大腦特定區(qū)域的神經(jīng)活動(dòng)，且精度為亞毫米級(jí)。

具體來說，由Butterfly Network提供超聲芯片硬件支持，F(xiàn)orest Neurotech則使用這些超聲芯片，通過引導(dǎo)和聚焦的超聲波刺激大腦特定區(qū)域。

然后，用一種名為功能性超聲成像（fUSI）的神經(jīng)成像技術(shù)來監(jiān)測神經(jīng)活動(dòng)。

fUSI原理也很簡單：

和所有細(xì)胞一樣，神經(jīng)元需要血液才能發(fā)揮作用，而神經(jīng)元“活性”增加也就意味著大腦需要的血流量供給也要增加。

fUSI正是利用超聲波探測腦部血流量的微小變化，來推測出神經(jīng)元的活動(dòng)程度。

具體做法是對大腦某一區(qū)域發(fā)射超聲波，然后檢測“回波”（受血流影響的反射波）。

由于血液在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)引起“多普勒效應(yīng)”，會(huì)輕微影響回波的振動(dòng)頻率。

所以通過分析回波頻率的變化，fUSI系統(tǒng)就可以判斷出血流速度的變化，進(jìn)而反推出那里的神經(jīng)活動(dòng)。

公司簡介

據(jù)悉，這款超聲波腦機(jī)接口設(shè)備將由Forest Neurotech、Butterfly Network兩家公司聯(lián)合開發(fā)。

其中Forest Neurotech是在今年1月份剛剛成立的一家非營利性機(jī)構(gòu)，專注于開發(fā)微創(chuàng)超聲腦機(jī)接口。

聯(lián)合創(chuàng)始人有三位Sumner L. Norman、Tyson Aflalo、William Biederman。

上文提到的fUSI技術(shù)，正是CEO Sumner L. Norman最近參與的一項(xiàng)研究。

此外，F(xiàn)orest Neurotech屬于Convergent Research旗下機(jī)構(gòu)，而Convergent Research是一個(gè)科學(xué)非營利組織孵化器，并且是Schmidt Futures Network成員，前段時(shí)間剛宣布獲得了5000萬美元新慈善支持。

Butterfly Network則是一家醫(yī)學(xué)影像獨(dú)角獸公司，由有著“生物科技領(lǐng)域的喬布斯”之稱的Jonathan Rothberg于2011年創(chuàng)立。

此前，Butterfly Network創(chuàng)造了首個(gè)使用超聲芯片技術(shù)打造的手持式單探頭全身超聲系統(tǒng)Butterfly iQ+。

目前，F(xiàn)orest Neurotech已與Butterfly Network達(dá)成為期5年的共同開發(fā)協(xié)議，F(xiàn)orest將支付2000萬美元用于購買Butterfly超聲芯片及服務(wù)。

參考鏈接：
[1]https://spectrum.ieee.org/bci-ultrasound
[2]https://www.butterflynetwork.com/press-releases/co-development-agreement-with-forest-neurotech
[3]https://www.vis.caltech.edu/documents/25496/Claire_Window_on_the_brain_2023.pdf