【ZiDongHua 之“自動化學院派”收錄關(guān)鍵詞： 中科院自動化所  腦科學研究  機器人   腦與類腦  】
　　
　　自動化所成功研制腦機接口柔性微電極植入機器人CyberSense
　　
　　4月18日，中國科學院自動化研究所腦圖譜與類腦智能實驗室（簡稱“腦與類腦實驗室”）腦機接口與融合智能團隊自主研發(fā)的柔性微電極植入機器人——CyberSense通過深圳市“腦解析與腦模擬”重大科技基礎(chǔ)設(shè)施（簡稱“腦設(shè)施”）預(yù)驗收，助力科學家將“比頭發(fā)絲更細更軟”的柔性微電極植入實驗動物的大腦皮層，為腦機接口與腦科學研究提供關(guān)鍵支撐。
 
　　
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　　柔性腦皮層微電極植入機器人CyberSense
　　
　　CyberSense是“縫紉機”式柔性電極自動植入機器人，具有多項自主知識產(chǎn)權(quán)，可靈活兼容不同規(guī)格的柔性微電極，應(yīng)用于嚙齒類、非人靈長類等動物的大腦皮層植入。植入機器人可以在其智能感知系統(tǒng)的引導(dǎo)下，以微米級的三維操作精度，將多根厚度≤10微米、寬度≤100微米的微絲狀電極植入大腦皮層內(nèi)，并靈活地避讓腦血管。由于植入過程是利用一根硬質(zhì)針不斷上下穿梭、操作柔軟的微絲，類似于縫紉機的工作過程，所以國內(nèi)外學者稱其為“縫紉機”式植入。植入后的柔性微電極可以將大腦的神經(jīng)電信號傳導(dǎo)到微型芯片，由微型芯片對收集到的神經(jīng)信號進行處理和通信，從中解析出大腦在執(zhí)行的信息處理，并控制外部設(shè)備，也可以通過微電流刺激電極觸點附近的神經(jīng)細胞，對腦活動進行調(diào)控。目前，CyberSense已成功支持了中國科學院半導(dǎo)體研究所和微靈腦機等研制的多種規(guī)格的柔性微電極植入，服務(wù)于腦機接口和神經(jīng)電生理研究。
　　
　　
　　
　　獼猴大腦皮層植入手術(shù)
　　
　　腦與類腦實驗室主任、腦機接口與融合智能團隊負責人余山研究員介紹，植入式腦機接口是一個高度交叉的領(lǐng)域，涉及電極、芯片、植入、通信、腦外科、人工智能、神經(jīng)解碼等多種關(guān)鍵技術(shù)，需要多學科協(xié)作創(chuàng)新和集成攻關(guān)。隨著新材料和微納加工技術(shù)的進步，現(xiàn)在的植入式電極越來越微小和柔軟，能大大降低植入創(chuàng)傷和排異反應(yīng)，但同時植入難度也越來越大，遠超人手和肉眼的能力極限，所以高度自動化的植入機器人成為了腦機接口領(lǐng)域的核心設(shè)備。
　　
　　植入式腦機接口可以給殘障人士帶來高性能的意念控制、語音合成、視覺重建等技術(shù)福利，也可以協(xié)助科學家利用高通量信號研究大腦的工作原理。如何采集大量的高質(zhì)量神經(jīng)信號，并且盡可能降低植入帶來的安全風險，是植入式腦機接口技術(shù)面臨的核心問題。
　　
　　深圳腦設(shè)施用戶代表、中國科學院深圳先進技術(shù)研究院正高級工程師、微靈醫(yī)療創(chuàng)始人李驍健博士介紹，植入式腦機接口已經(jīng)由硬質(zhì)電極時代進入到柔性電極時代，柔性電極有多種不同的類型，例如貼在大腦皮層表面的薄膜電極、從靜脈血管介入的支架電極等，各有千秋。相比之下，微絲狀柔性電極的優(yōu)勢是，在植入大腦皮層內(nèi)部后，電極與神經(jīng)元直接接觸，能采集到高精度的神經(jīng)元脈沖。
　　
　　
　　
　　動物大腦皮層多電極植入效果
　　
　　柔性微電極的寬度與頭發(fā)絲相仿，厚度僅為頭發(fā)絲的約1/10，楊氏模量非常低，這些特點導(dǎo)致了電極非常難以觀測和操作。植入時還要對植入點進行規(guī)劃選擇，避免損傷腦血管。此外，只植入一根柔性微電極，僅能采集單點、少量的神經(jīng)信號，不足以支撐高性能腦機接口，植入多根柔性微電極可以覆蓋更多的神經(jīng)元，提高神經(jīng)信號的豐富性，但多電極植入的難度也會大大提高。
　　
　　已應(yīng)用的柔性腦皮層微絲電極示例一（半導(dǎo)體研究所裴為華團隊供圖）
 
　　已應(yīng)用的柔性腦皮層微絲電極示例二（微靈腦機供圖）
　　
　　CyberSense項目負責人、腦與類腦實驗室秦方博副研究員介紹，通過發(fā)揮自動化所在智能感知和機器人控制方面的技術(shù)強項，植入機器人CyberSense具有自動化程度高、可植入數(shù)量多、空間定位準、時間效率高、使用方便快捷、靈活避讓血管的優(yōu)勢，有效提高了成功率和植入效果。CyberSense的成功研發(fā)是腦與類腦實驗室腦機接口與融合智能團隊成員通力協(xié)作取得的多學科交叉成果，包括張大朋研究員、韓新勇工程師、朱平博士等都提供了技術(shù)支持。在柔性微電極制備及植入方面，中國科學院半導(dǎo)體研究所裴為華研究員團隊具有豐富的技術(shù)經(jīng)驗，也為本項目的成功實施提供了重要支持。
　　
　　在下一步工作中，腦與類腦實驗室腦機接口與融合智能團隊將繼續(xù)開發(fā)柔性電極植入機器人系列產(chǎn)品，為促進國內(nèi)腦機接口與腦科學的發(fā)展貢獻力量。
 
　　深圳腦設(shè)施科研人員使用培訓