脑机接口技术在治疗脑疾病、改善残障人士的生活,以及最终增强和拓展脑功能等方面具有巨大潜力,是当下全球脑科学前沿研究的重要工具,也是脑功能探索和脑疾病诊治的核心关键技术。但传统的诸如Neuralink所采用的侵入式技术路线,很容易产生免疫反应和愈伤组织,不仅会对大脑深层造成损伤,长远也有可能影响电波信号质量。

能否先从材料入手,改善脑机接口技术?中科院上海微系统所副所长陶虎教授一直致力于信息技术和生命科学的基础前沿交叉研究,他率先将蚕丝从传统纺织材料成功转化为新型医用和信息功能材料,不仅用在了脑机接口和植入式医疗器械,还同步研发仿生类的人工智能传感器与芯片。

陶虎表示脑机接口技术的核心难点是怎样可以最大限度地利用大脑,即怎么提高神经信号带宽,不管是采集还是刺激;同时做到最低限度地损伤大脑。作为国内脑机接口、人工智能、微纳传感领域的权威专家,陶虎去年10月携手中科大同学彭雷创立脑机接口公司脑虎科技,身兼首席科学家的陶虎主张采用半自动微创植入柔性电极的手段,创口和损伤相比Neuralink都更小。他采用中国传统材料蚕丝蛋白把电极柔软的表面固化,方便植入,当植入完成后,蚕丝蛋白便会溶解,逐渐恢复之前的柔软,不仅如此,并且与大脑组织的排异反应也较小,安全程度明显超过Neuralink。

陶虎团队开发出的“免开颅微创植入式高通量柔性脑机接口系统”,目前已成功应用于鼠、兔、猴等多种动物模型。2022年初成立不到3个月的脑虎科技,成功获得盛大和红杉中国种子基金投资认可,完成近亿元的融资规模。

前不久,陶虎团队继2020年研制出全球首款可重复擦写“蚕丝硬盘”后,再次创新性地开发出基于蚕丝蛋白的多层级可植入瞬态存储器,相关成果成功发表于《先进材料》。瞬态可溶存储器是柔性电子与可植入器件中的重要组成部分和信息存储媒介,器件在实现可控降解的同时,还具备稳定的存储和加密功能。此次的新型植入式瞬态可溶蚕丝蛋白存储器,采用了全新结构,将阻变忆阻器、太赫兹超材料、光学衍射元件3种不同信息类型的存储单元,通过工艺优化实现垂直高密度集成,实现单器件上电学、电磁和光学信息的同步稳定存储。

得益于蚕丝蛋白的成膜均匀性和精准可控降解能力,存储器信息误读率低、鲁棒性强,满足了多模态信息存储和高稳定性存储的要求。在此基础上,科研人员还开展了小鼠皮下植入实验,进一步验证了瞬态存储器在体内逐层降解的可行性与生物安全性,证明蚕丝蛋白不会引起组织免疫反应。陶虎表示,这预示着新型多层级瞬态可溶存储器将在植入式器件和芯片、生物体内信息存储与生物电子标签等领域发挥重要作用。

脑机接口技术的研发需要大量的资金投入和昂贵的技术设备支持。脑虎科技依托上海微系统所强大的科研背景及前瞻战略布局,在侵入式脑机接口领域已经完成了核心技术突破以及关键器件制造。