脑机芯片，新突破

2024-07-21 03:07

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来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自spectrum，谢谢。

位于巴塞罗那的一家名为 Inbrain Neuroelectronics 的初创公司生产出了一种由石墨烯制成的新型脑植入物，并正准备在今年夏天进行首次人体试验。

该技术是脑机接口（BCI）的一种，由于能记录大脑信号并将其传输到计算机进行分析，因此备受关注；BCI已被用于医疗诊断、不能说话者的交流设备以及控制外部设备（包括机器人肢体）。但 Inbrain 公司打算将其 BCI 技术转化为治疗帕金森病等神经系统疾病患者的工具。

由于 Inbrain 的芯片由石墨烯制成，因此神经接口具有一些有趣的特性，包括既能记录大脑信息，又能刺激大脑。这种双向性来自于解决BCI技术中通常使用的金属芯片的一个关键问题：法拉第反应。法拉第反应是发生在金属电极和电解质溶液之间的一种特殊电化学过程。恰好，神经组织主要由水性电解质组成。随着时间的推移，这些法拉第反应会降低金属芯片的功效。

因此，Inbrain 公司用导电性极强的石墨烯取代了此类芯片中通常使用的金属。"Inbrain 公司首席执行官兼联合创始人卡罗琳娜-阿吉拉尔（Carolina Aguilar）说："金属具有法拉第反应，实际上会使所有电子相互影响，降低它们......向大脑传输信号的效率。

阿吉拉尔说，由于石墨烯本质上是碳而非金属，芯片可以注入多 200 倍的电荷，而不会产生法拉第反应。因此，这种材料在治疗工具所需的数百万次脉冲刺激中保持稳定。虽然 Inbrain 公司还没有对芯片进行脑刺激测试，但该公司希望在适当的时候实现这一目标。

阿吉拉尔表示，这种基于石墨烯的芯片是用传统半导体技术在晶圆上生产出来的。Inbrain 公司在无尘室设备上制造出厚度为 10 微米的芯片。芯片由阿吉拉尔所称的 "石墨烯点"（不要与石墨烯量子点混淆）组成，其大小从 25 微米到 300 微米不等。"阿吉拉尔补充说："这种微米级的尺寸使我们能够获得解码大脑信号的独特分辨率，还能对大脑进行微米级的刺激或调制。

测试基于石墨烯的生物识别技术

曼彻斯特大学即将对该平台进行首次人体测试，它将作为脑肿瘤切除术中的接口。在切除肿瘤时，外科医生必须确保不会损伤大脑语言中心等区域，这样病人在手术后才不会受到损伤。"阿吉拉尔说："在切除肿瘤的过程中，芯片会被定位，这样它就能以极高的分辨率读取信号，告诉外科医生哪里有肿瘤，哪里没有肿瘤。阿吉拉尔说："这将使外科医生能够以微米精度切除肿瘤，同时保留语言和认知等功能区。

阿吉拉尔补充说："我们之所以采用这种方法进行首次人体试验，是因为这是证明石墨烯安全性的一条非常可靠而快捷的途径，同时也证明了与目前使用的金属技术相比，石墨烯所具有的潜力。

阿吉拉尔强调，Inbrain 团队已经测试了基于石墨烯的芯片的生物兼容性。"阿吉拉尔说："过去三年来，我们一直在通过对大型动物进行各种安全性研究来研究生物相容性。"因此，现在我们可以通过这些绿灯来证明人体的额外安全性。

虽然在曼彻斯特进行的这项芯片测试旨在辅助脑肿瘤手术，但同样的技术最终也可用于帮助帕金森病患者。为此，Inbrain 的系统于去年 9 月获得了美国食品和药物管理局的突破性设备认定，可作为治疗帕金森病的辅助疗法。"阿吉拉尔说："对于帕金森病的治疗，我们一直在进行不同的临床前研究，这些研究合理地证明了在[减轻]帕金森病症状方面与目前的商业技术相比具有优越性。

为了治疗帕金森病，Inbrain 的芯片与大脑中对运动至关重要的黑质通路相连接。芯片将首先解码来自大脑的意向信息，该信息将触发迈步或抬起手臂--这是典型的生物识别（BCI）所能做到的。但 Inbrain 的芯片具有微米级精度，还能解码与帕金森症状有关的病理生物标记，如震颤、僵硬和步态冻结。

通过精确测定这些生物标志物，Inbrain 的技术可以确定患者目前的药物治疗效果如何。在Inbrain芯片的首次迭代中，它并不直接治疗帕金森病的症状，而是使其更有针对性地减少治疗药物的用量成为可能。

"阿吉拉尔说："帕金森病患者需要服用大量药物，而这些药物必须随着时间的推移不断更换，以应对患者对药物产生的越来越强的抗药性。"我们至少可以减少 50%的用药量，希望将来随着我们的设备变得精确，可以减少更多的用药量"。

参考链接：

https://spectrum.ieee.org/brain-computer-interface-graphene

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