Blackrock的脑机接口:NeuroPort犹他阵列与新一代神经接口Neuralace

健康   2024-07-15 23:28   湖北  
Blackrock Neurotech公司致力于脑机接口(BCI)技术的临床转化,Blackrock成立于2008年,是目前全球领先的BCI技术先驱和改善人类生活的植入式解决方案开发平台公司,Blackrock的精密电极技术是目前BCI领域众多全球创新的核心。本文主要介绍该公司的脑机接口设备:老款NeuroPort犹他阵列和新一代神经接口Neuralace,作为BCI脑机接口技术的领头羊企业,该公司是如何让其脑机接口设备,帮助瘫痪患者连接运动感知,以及探索焦虑、抑郁和其他神经系统疾病领域的未来治疗方法。

用意念控制假肢

患者可以精确控制计算机功能

帮助患者解码脑部信号中的单词,帮助因神经肌肉疾病与脊髓损伤而失去语言功能的人发出声音

通过高密度的电极阵列进行有针对的大脑刺激,可以帮助患者恢复触觉、视觉与听觉

Blackrock Neurotech 由科学家和BCI先驱 Florian Solzbacher 博士和 Marcus Gerhardt于2008年在犹他大学创立,并迅速发展成为神经科学、神经工程和神经修复领域的全球技术领导者。Blackrock Neurotech总部位于犹他州盐湖城,其使命是帮助全球数百万患有瘫痪、功能丧失和神经系统疾病的人,这些疾病使他们无法行走、看、听、感觉或说话。通过 Blackrock Neurotech 的创新型大脑接口技术,患者可以操作机械臂、操纵轮椅、发送信息、上网甚至驾驶汽车,所有这一切都只需患者的思想力量即可完成;Blackrock Neurotech 的设备已证明能够实现思想到文本的通信,打字速度高达每分钟 90 个字符,直接语音编码速度高达每分钟 62 个单词。

一、Blackrock公司的技术

1、NeuroPort® 犹他电极阵列

犹他阵列(Neuroport电极)是功能强大的脑机接口的核心,它是Blackrock公司的MoveAgain医疗设备的核心技术,该设备与2021年获得FDA的突破性称号。市面上大部分植入人体皮层内的BCI都使用Blackrock的技术。

NeuroPort® 阵列被广泛认为是高通道神经接口的黄金标准,自 2004 年以来一直用于人类 BCI,并推动了该领域许多最重要的里程碑。在临床试验中,使用 Blackrock BCI 的患者尽管被诊断为瘫痪和其他神经系统疾病,但已经恢复了触觉功能、自己的肢体和假肢的运动以及控制数字设备的能力。

NeuroPort® 犹他阵列有96 个“阵列”针头,可以打开了 600 多个通信通道。

犹他阵列目前的缺点:

使用寿命短:植入脑组织中的刚性电极会产生疤痕组织,并导致设备上的电极随着时间的推移而损坏,通常用户植入后可以使用两年左右,信号质量会逐步下降,但设备仍然可以使用五年,甚至有些用户使用了七年之久,这些设备最终需要被移除,以及升级或者更换芯片。

通信通道少:目前96个阵列可以打开600个通信通道,但用于视觉和记忆恢复、性能预测以及抑郁症等精神健康障碍治疗等,犹他阵列通信通道远远不够。

携带不方便:需要有线连接不够便捷。


2、脑机接口技术的新一代神经接口Neuralace

因为NeuroPort® 犹他电极阵列的上述局限性作为BCI领域的领头企业Blackrock公司,在22年神经科学学会上展示了,新一代脑机接口Neuralace,超高通道数、柔性电极将为其未来BCIs中使用的先进技术提供空间。

Blackrock联合创始人兼首席执行官Marcus Gerhardt表示:“Neuralace表明了我们对科学必须朝哪个方向发展才能释放 BCI 真正潜力的信念。这项概念技术是Blackrock迈向全脑数据采集之旅的起点,它将改变神经系统疾病的治疗方式。”

虽然Blackrock的老款脑机接口设备NeuroPort®犹他阵列,使患者能够在不依赖辅助技术的情况下执行复杂的功能,但用于视觉和记忆恢复、性能预测以及抑郁症等精神健康障碍治疗等领域的下一代 BCI 将需要与更多的神经元进行交互。 

新一代神经接口Neuralace 的设计旨在满足这一需求;它拥有10,000 多个通道,整个可扩展系统集成在极其灵活的花边结构芯片上,可以捕获比现有电极大几个数量级的数据,从而实现能力和直观性的指数级提升。 

Blackrock联合创始人兼总裁Florian Solzbacher 表示:“如果我们目前的BCI-NeuroPort® 犹他阵列,仅通过 600个通道就能帮助人们重新活动和感知,想象一下如果拥有 1 万个或更多通道我们能做什么。我们正在积极设想这项技术将为焦虑、抑郁和其他神经系统疾病带来新的治疗方法。这只是 BCI 未来可能性的一瞥。”

全脑数据捕获、无缝连接、改善生物相容性:

超薄的Neuralace比睫毛还细,可以用各种材料和图案进行设计,以与大脑表面的广阔区域进行连接。由于其结构很薄,Neuralace 可以与大脑的裂隙和脑沟相贴合,从而增加数据收集的表面积。Neuralace 的适应性结构还意味着生物相容性得到改善。人体的免疫反应一直是所有神经植入物的挑战,但Neuralace的多孔形状可以使其与神经组织更自然地融合,支持细胞液的流动和生物分子的扩散,否则这些生物分子可能会引发免疫反应和/或炎症。

“在不牺牲设备性能的情况下降低神经技术方法的侵入性是神经工程的核心挑战之一,”Solzbacher说道。“终极目标是一种能够最大程度降低侵入性并实现最强大BCI的设备。借助Neuralace,我们通过直接与大脑的更大部分进行交互,同时最大限度地减少组织刺激,向‘神经尘埃’的梦想迈进了一大步。这是开创性的下一步,将实现高性能可植入BCI设计和架构的范式转变。”

Blackrock 正在准备将其基于 NeuroPort 阵列的 BCI MoveAgain 作为医疗设备投入商业化,同时该公司预计 Neuralace 将在2024年成为神经科学研究界的工具,加入其在市场上广泛的临床和研究电极产品组合。该公司随后将探索视觉假体在人类中的应用,目标是在 2028 年首次在人体上演示Neuralace视觉假体(仿生眼)。

延伸阅读:Second Sight的Orion™视觉皮层假体系统仿生眼,使用的Blackrock的犹他阵列系统,关于Orion仿生眼可以查看往期文章:新一代直达大脑皮质的仿生眼(CORTIVI、Orion、Gennaris)与马斯克的脑机接口仿生视觉系统


结尾-未来畅想

随着脑机接口的发展,未来可能作为遗传代谢障碍疾病引起的脑损伤的修复的一种治疗方法,因为脑机接口这个风口,未来可能会在增强人类大脑、修复并刺激脑损伤的患者的脑神经的恢复等领域有重大贡献。对脑损伤修复与全脑脑机结合,对未来人类通过BCI如何增强大脑的办法,可以关注下列文章合集的更新。

遗传代谢障碍疾病的未来治愈性疗法


往期合集:

人体能量代谢:碳水化合物、脂肪、蛋白质

遗传代谢障碍疾病的营养管理(饮食疗法)

治疗遗传代谢障碍病的辅酶、排氮剂、线粒体鸡尾酒疗法

人体生化循环糖、脂肪、卟啉、氨基酸、嘧啶代谢通路

矿物质、金属(微量元素)吸收和运输代谢障碍类疾病

营养素或辅酶因子缺乏的遗传代谢障碍疾病

蛋白质(氨基酸)代谢障碍类疾病和有机酸血症

脂肪酸代谢障碍

胆固醇合成与代谢障碍

碳水化合物代谢障碍:糖异生、葡萄糖果糖代谢障碍、糖原累积

线粒体脑肌病

遗传代谢诊断检测:血尿串联质谱、血气、乳酸、血氨、肝肾功能等

尿素循环障碍UCD的诊断和管理建议指南

自闭症、脑瘫、癫痫、精神异常、抑郁症、智力障碍等神经异常疾病

累及眼睛、肝脏、肾脏、心脏、肌肉损伤的遗传代谢障碍疾病

脑白质营养不良

遗传代谢障碍疾病的眼科表现

END



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