腦機芯片，新突破

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來源：內容由半導體行業觀察（ID：icbank）編譯自spectrum，謝謝。

位於巴塞羅那的一家名爲 Inbrain Neuroelectronics 的初創公司生產出了一種由石墨烯製成的新型腦植入物，並正準備在今年夏天進行首次人體試驗。

該技術是腦機接口（BCI）的一種，由於能記錄大腦信號並將其傳輸到計算機進行分析，因此備受關注；BCI已被用於醫療診斷、不能說話者的交流設備以及控制外部設備（包括機器人肢體）。但 Inbrain 公司打算將其 BCI 技術轉化爲治療帕金森病等神經系統疾病患者的工具。

由於 Inbrain 的芯片由石墨烯製成，因此神經接口具有一些有趣的特性，包括既能記錄大腦信息，又能刺激大腦。這種雙向性來自於解決BCI技術中通常使用的金屬芯片的一個關鍵問題：法拉第反應。法拉第反應是發生在金屬電極和電解質溶液之間的一種特殊電化學過程。恰好，神經組織主要由水性電解質組成。隨着時間的推移，這些法拉第反應會降低金屬芯片的功效。

因此，Inbrain 公司用導電性極強的石墨烯取代了此類芯片中通常使用的金屬。"Inbrain 公司首席執行官兼聯合創始人卡羅琳娜-阿吉拉爾（Carolina Aguilar）說："金屬具有法拉第反應，實際上會使所有電子相互影響，降低它們......向大腦傳輸信號的效率。

阿吉拉爾說，由於石墨烯本質上是碳而非金屬，芯片可以注入多 200 倍的電荷，而不會產生法拉第反應。因此，這種材料在治療工具所需的數百萬次脈衝刺激中保持穩定。雖然 Inbrain 公司還沒有對芯片進行腦刺激測試，但該公司希望在適當的時候實現這一目標。

阿吉拉爾表示，這種基於石墨烯的芯片是用傳統半導體技術在晶圓上生產出來的。Inbrain 公司在無塵室設備上製造出厚度爲 10 微米的芯片。芯片由阿吉拉爾所稱的 "石墨烯點"（不要與石墨烯量子點混淆）組成，其大小從 25 微米到 300 微米不等。"阿吉拉爾補充說："這種微米級的尺寸使我們能夠獲得解碼大腦信號的獨特分辨率，還能對大腦進行微米級的刺激或調製。

測試基於石墨烯的生物識別技術

曼徹斯特大學即將對該平臺進行首次人體測試，它將作爲腦腫瘤切除術中的接口。在切除腫瘤時，外科醫生必須確保不會損傷大腦語言中心等區域，這樣病人在手術後纔不會受到損傷。"阿吉拉爾說："在切除腫瘤的過程中，芯片會被定位，這樣它就能以極高的分辨率讀取信號，告訴外科醫生哪裡有腫瘤，哪裡沒有腫瘤。阿吉拉爾說："這將使外科醫生能夠以微米精度切除腫瘤，同時保留語言和認知等功能區。

阿吉拉爾補充說："我們之所以採用這種方法進行首次人體試驗，是因爲這是證明石墨烯安全性的一條非常可靠而快捷的途徑，同時也證明了與目前使用的金屬技術相比，石墨烯所具有的潛力。

阿吉拉爾強調，Inbrain 團隊已經測試了基於石墨烯的芯片的生物兼容性。"阿吉拉爾說："過去三年來，我們一直在通過對大型動物進行各種安全性研究來研究生物相容性。"因此，現在我們可以通過這些綠燈來證明人體的額外安全性。

雖然在曼徹斯特進行的這項芯片測試旨在輔助腦腫瘤手術，但同樣的技術最終也可用於幫助帕金森病患者。爲此，Inbrain 的系統於去年 9 月獲得了美國食品和藥物管理局的突破性設備認定，可作爲治療帕金森病的輔助療法。"阿吉拉爾說："對於帕金森病的治療，我們一直在進行不同的臨牀前研究，這些研究合理地證明了在[減輕]帕金森病症狀方面與目前的商業技術相比具有優越性。

爲了治療帕金森病，Inbrain 的芯片與大腦中對運動至關重要的黑質通路相連接。芯片將首先解碼來自大腦的意向信息，該信息將觸發邁步或擡起手臂--這是典型的生物識別（BCI）所能做到的。但 Inbrain 的芯片具有微米級精度，還能解碼與帕金森症狀有關的病理生物標記，如震顫、僵硬和步態凍結。

通過精確測定這些生物標誌物，Inbrain 的技術可以確定患者目前的藥物治療效果如何。在Inbrain芯片的首次迭代中，它並不直接治療帕金森病的症狀，而是使其更有針對性地減少治療藥物的用量成爲可能。

"阿吉拉爾說："帕金森病患者需要服用大量藥物，而這些藥物必須隨着時間的推移不斷更換，以應對患者對藥物產生的越來越強的抗藥性。"我們至少可以減少 50%的用藥量，希望將來隨着我們的設備變得精確，可以減少更多的用藥量"。

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

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