脑机接口底层技术：从高集成芯片到汉语神经解码

西湖灵犀科技有限公司的联合创始人杨杰博士在今天举办的“第四届南渡江智慧医疗与康复产业高峰论坛”演讲中总结说：“从应用上看，脑机接口的发展趋势可以归纳成两点。”
 
首先，脑机接口需要更高的通量，因为只有更高的通量、更小的系统，才可以把整个系统完全植入到人的大脑中；其次，当植入芯片获得更多的数据之后，通信带宽变宽了。在用更多的数据完成更加智能的解码，能实现更加前沿的应用。
 

 
“我们团队是开发高通量全植入脑机芯片，我们的优势是做脑语言的解码。通过把这两点综合起来，我们想做的是语言假肢。”杨杰博士接着说。
 
据介绍，西湖灵犀科技的目的是开发一个核心是高通量神经接口的脑机接口微系统，然后将其植入到人的大脑中，实时采集到人大量神经信号。之后，再把这些神经信号读出人体之后，通过体外的设备进行解码，让一些渐冻症和中风不能说话的人通过设备恢复语言表达能力。
 
要实现这些目标，在杨杰看来，首要解决的就是芯片的功耗问题。“因为把芯片或者是系统植入到大脑中需要考虑到芯片发热会导致组织损伤，所以从整体的安全性上来讲需要低功耗的芯片。”杨杰说。因为高通量的技术中，功耗的消耗主要来自无线数据传输上，因此相关企业过去多年的工作重点之一就是怎么完成高效率通讯。
 
脑机接口的第二个挑战是芯片的体积。按照工业界的标准，典型的脑机接口芯片单个通道的面积在0.02平方毫米到0.2平方毫米之间。在将其与神经元和电极面积相比后发现，电极和芯片之间严重失配，为了解决这个问题，行业就聚焦于努力降低脑机接口中每个通道占据的芯片面积。
 
基于这些见解，灵犀科技在过去4到5年内通过系统性的芯片迭代，把芯片做到256个通道。与此同时，其噪声、功耗也达到了国际先进水平。有了这些领先芯片，灵犀科技希望能够在汉语解码上面进行更多的投入，以为国内使用者带来更好的体验。
 
杨杰博士表示，通过对汉语发音的钻研，灵犀科技开发出了对声母和韵母进行解码的网络，从神经信号中解码出与我们发音部位和发音方式相关的属性，再利用属性进行排列组合，确定发的声音。
 
“我们认为侵入式脑机接口正在朝着高通量、全植入方向发展，适用范围不断拓展，从运动来到了语言，并且芯片技术持续发展。现在，高通量、全植入脑机接口中功耗和面积挑战正在被逐步解决，脑-语言解码正在取得突破性的进展，我们开始进入从实验探索到产业化应用的阶段。”杨杰博士总结说。