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超薄植入式脑机接口打破纪录
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目前，世界上大多数人使用智能手机、电脑或平板电脑时，仍然采用传统的屏幕和键盘界面。然而，随着一支来自知名机构的工程师团队成功研发出一种微型植入式脑机接口（BCI），这些传统的人机交互方式在未来几年内可能会被淘汰。这种脑机接口有望彻底改变多个市场。
他们的发明结合了无线收发器、先进的电源系统、数字控制模块、数据转换器以及其他几个组件，实现了真正的脑机双向通信。这项进展标志着脑机接口（BCI）发展史上的一个重要里程碑，未来有望重塑人机交互方式。以下是您需要了解的内容。
结语
- BISC 是一种超薄的单芯片脑机接口，位于大脑和颅骨之间，使用 65,536 个电极。
- 该植入体通过定制的超宽带链路向可穿戴中继器传输高带宽神经数据，该中继器看起来像一个标准的 Wi-Fi 设备。
- 临床前研究和早期人体研究表明，它可能会改变癫痫、瘫痪和其他神经系统疾病的治疗方法。
- BISC采用标准半导体工艺制造，使得大规模生产和未来的商业部署更加现实。
- Integra Lifesciences (IART) 提供了一种途径，让神经外科和脑接口技术能够进入公开市场。
脑机接口（BCI）
脑机接口技术在过去50年中取得了长足的进步。这些设备已经从能够检测α波的简单传感器发展成为能够实时拦截和解码大脑信号的复杂系统。
脑机接口（BCI）技术的进步为诸多令人振奋的发展打开了大门，其中包括医疗领域的突破。具体而言，这些设备已被证明有助于治疗癫痫或瘫痪等神经系统疾病患者。因此，科学家们现在将这项技术视为一个重要的领域，它有潜力造福数百万人。
当今脑机接口（BCI）存在的问题
正如人们所预料的那样，捕捉和解读脑电波以控制外部设备需要极其复杂的技术。限制这项技术发展的主要因素之一就是其复杂性。直到最近，人工智能系统还无法准确解读这些脑电波，这意味着这项任务一直由传统的计算机系统承担。
笨重的硬件限制了当前脑机接口的发展
即使这项技术开始具备这些功能，它仍然体积庞大、佩戴不舒适且不实用。如今最先进的系统需要一个大型植入式容器来容纳大部分电子元件。这个容器需要植入颅骨或胸部，后者还需要额外的电缆。
为什么当今的脑机接口无法扩展？
由于多种制造限制，这些设备无法大规模生产。首先，大规模生产这些设备所需的成本和精度要求过高，目前尚无法满足。此外，现代设计并非为大规模生产而生，这意味着它们采用的方法和组件使得大规模生产变得不切实际。
脑机接口研究：BISC植入体内部结构解析
认识到这些局限性是实现脑机接口真正潜力的主要障碍，来自哥伦比亚大学、纽约长老会医院、斯坦福大学和宾夕法尼亚大学的工程师团队着手纠正这些问题，并开启人机可控性的新时代。
该研究1相关的一幅素描作品 “一种无线硬膜下植入式脑机接口，具有65,536个电极和1,024个通道”发表在《自然电子学》上的这项研究从根本上重新思考了整个方法。他们的成果实现了无与伦比的性能，比早期版本提高了几个数量级，而这一切都来自一个微小的无线超薄神经植入物。
生物皮层接口系统（BISC）
他们发明的生物皮层接口系统（BISC）采用了一种简化的单芯片金属氧化物半导体（CMOS）集成电路设计。其尺寸极其微小，厚度仅为50微米，体积仅为3立方毫米，仅为目前标准植入物的千分之一，大约相当于一根头发丝的粗细。
资源 - “科技日报”
这种超薄设计使其能够直接放置在大脑和颅骨之间。这个小巧的设备内部蕴藏着大量先进技术，能够提供强大的计算能力。这种计算能力对于捕捉脑电波并将其发送给控制整个系统的高级人工智能系统至关重要。
人工智能模型
工程师们基于数十年的神经学和脑电波科学研究成果，打造出一种能够记录、发送和接收脑电波的高效人工智能模型。该人工智能系统可以解码特定任务，包括运动、意图和感知。它通过使用专门开发的软件和传感器来实现这一目标，这些软件和传感器旨在与人工智能系统进行交互。
电极
为了实现真正的脑连接，BISC 作为一种微型脑电图 (µECoG) 设备运行。该系统利用 65,536 个电极、1,024 个记录通道和 16,384 个刺激通道，实时创建高带宽的脑电波记录。
随后，录音被发送到先进的人工智能系统。这些系统结合了机器学习和深度学习算法，使其能够解读复杂的信号。值得注意的是，这项工作建立在作者之一 Tolias 博士和 Bijan Pesaran 博士过去在计算神经科学和系统神经科学领域所做的工作之上。
无线链接
患者佩戴的中继站可实现与植入设备的高吞吐量通信。植入设备直接与大脑通信后，会将信号广播至中继站。可穿戴中继站通过定制的超宽带 (UWB) 无线链路与植入设备通信，传输速率可达约 100 Mbps，并在外部以标准 802.11 Wi-Fi 设备的形式呈现。
脑机接口是如何构建的
BISC植入体采用易于获取的机器和工具制造，确保了大规模生产的可行性。具体而言，该器件采用了台积电的0.13微米双极CMOS-DMOS（BCD）工艺。该工艺将多种半导体技术集成到单个芯片上，从而制造出混合信号集成电路（IC），实现了器件尺寸和外形尺寸的缩小。
这种策略的优势在于，它使系统能够直接接收来自CMOS的逻辑信号和高压模拟信号。此外，它还使器件能够利用DMOS晶体管以更高的效率运行。
脑机接口测试
该团队制造了一台演示设备，并进行了多项测试以验证他们的理论。为了完成测试阶段的手术操作，该团队与纽约长老会/哥伦比亚大学欧文医学中心的扬格曼医生合作。他们共同开发了一种安全且微创的移植策略，使他们能够在真实的手术环境中测试该设备。
该手术只需做一个微小的切口，然后将装置滑入大脑和颅顶之间。其柔韧轻薄的设计使手术过程比传统方法简便得多。此外，由于没有穿透大脑的部件或导线，该手术也更加安全。
脑机接口测试结果
测试结果显示了该系统的真正实力，它能够直接从大脑获取高速记录。该系统表现出稳定的性能，且未出现即刻的组织不良反应，这意味着它非常适合需要长期植入的医疗场景。
BISC脑机接口的优势
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| 特性 | 传统植入式脑机接口 | BISC超薄植入体 |
|---|---|---|
| 外形尺寸 | 颅骨或胸腔内装有笨重的电子设备罐，并连接着大脑。 | 这种单芯片植入物厚度约为50微米，体积约为3立方毫米，位于大脑和颅骨之间。 |
| 电极数量 | 数百至数千个电极 | 高密度微型脑电图阵列包含 65,536 个电极 |
| 录制通道 | 数十到数百个同时进行的频道 | 最多可同时录制 1,024 个通道 |
| 刺激能力 | 通常有限或独立的硬件模块 | 同一芯片上集成了16,384个刺激通道 |
| 无线数据链路 | 带宽较低，通常是专有的且体积庞大。 | 连接到可穿戴式中继器的约 100 Mbps 超宽带链路，该中继器显示为 Wi-Fi。 |
| 手术侵入性 | 颅骨开口更大，体内植入物更多 | 通过小切口将一片薄如纸片的芯片滑入硬膜下腔 |
| 可扩展性 | 定制组装；难以规模化生产 | 采用标准半导体工艺制造，适用于大批量生产 |
脑机接口的实际应用及时间表
脑机接口计算机有多种应用前景。这项设备将帮助数百万饱受神经系统疾病折磨的人们改善生活质量。癫痫、瘫痪、癫痫发作、运动技能丧失、语言障碍和失明等疾病或许将迎来全新的治疗选择。
这项技术还将帮助那些因肢体缺失而需要假肢的人。该系统能够实现无缝沟通，甚至可以为佩戴者提供实时反馈，从而带来更令人满意的治疗体验。
时间线
该产品有望在未来五年内进入医疗领域。与以往产品不同，该团队已加快临床试验进程，目前正在进行短期术中人体试验。因此，您可以期待听到更多关于这项技术的突破性进展。
脑机接口研究人员
BISC研究融合了多家知名机构的资源。具体而言，它充分利用了哥伦比亚大学的微电子技术专长、宾夕法尼亚大学和斯坦福大学的神经科学项目。此外，它还利用了纽约长老会/哥伦比亚大学欧文医学中心的外科手术能力。该团队获得了美国国立卫生研究院的拨款以及美国国防高级研究计划局（DARPA）神经工程系统设计项目的资助。这些资金使团队能够加快研究进程并验证研究结果。
超薄脑机接口的未来
这项技术的未来前景光明。工程师们已经表示有兴趣进一步提升人工智能模型的效能，并开展完整的人体试验。此外，团队还将寻求合作伙伴，为项目筹集资金，并争取到设备生产方面的工业合同。
脑机接口 | 结论
脑机接口研究开启了通往科幻未来的大门，届时计算机将仅凭意念即可控制。这些设备将首先通过医疗手段进入公众视野。然而，不久之后，你或许就能无需动嘴，就能与智能手机进行深入交流。
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投资脑机接口开发
许多公司都涉足脑机接口（BCI）领域，憧憬着未来人类大脑能够承担繁重的工作。虽然纯粹的BCI初创公司通常保持私有状态，但投资者可以关注那些提供植入这些设备所需关键外科手术基础设施的成熟医疗技术公司。以下这家公司就致力于为下一代脑机接口所需的复杂神经外科手术提供支持。
投资者要点
- BISC 表明，脑机接口正在从笨重的原型向可扩展的半导体式产品发展。
- 脑机接口的普及将取决于安全数据、监管部门的批准、报销以及临床验证的结果，而不仅仅是技术规格。
- 如今，公众对脑机接口（BCI）的关注是间接的，主要通过神经外科和医疗技术公司（如 Integra Lifesciences）来传播，而纯粹的脑机接口初创公司仍然保持私有状态。
- 脑机接口的长期发展前景受到伦理争议、数据隐私问题以及主流应用时间表不确定性的影响。
- 投资者应将 BCI 视为高风险、长期投资主题，它可以作为核心医疗保健和人工智能投资的补充，而不是替代。
Integra生命科学
Integra Lifesciences于1989年进入市场。其创始人Richard Caruso希望让更多人能够获得神经系统疾病的治疗。凭借有效的治疗方法和投资者的积极响应，这一理念获得了强有力的支持。值得一提的是，Integra Lifesciences于1995年上市。
(IART )
2007年，该公司为其OmniSight EXcel系统发布了升级版的NeuroSight Arc脑图谱软件模块，该系统用于规划帕金森病和其他运动障碍的手术方案。此后，该公司持续拓展其神经外科产品组合。2017年，该公司以1.045亿美元的价格从强生公司手中收购了Codman Neurosurgery。
此举扩大了公司的业务范围，并使其能够提供更先进的产品。有意进入医疗技术领域的人士应进一步了解Integra Lifesciences公司。
Integra Lifesciences (IART) 最新股票新闻及业绩
案例
1. Jung, T., Zeng, N., Fabbri, JD et al. 一种无线硬膜下脑机接口，具有 65,536 个电极和 1,024 个通道。 国家电子 （2025）。 https://doi.org/10.1038/s41928-025-01509-9
