初创公司 Inbrain 的脑机接口可以帮助帕金森病患者
一家名为Inbrain Neuroelectronics的巴塞罗那初创公司生产出了一种由石墨烯制成的新型大脑植入物，并准备在今年夏天进行首次人体测试。
该技术是一种脑机接口(BCI)，它之所以受到关注，是因为它们可以记录来自大脑的信号并将其传输到计算机进行分析；BCI 已用于医疗诊断、作为无法说话的人的通信设备以及控制外部设备（包括机器人肢体）。但 Inbrain 打算将其 BCI 技术转变为一种治疗工具，用于治疗帕金森病等神经系统疾病患者。
由于 Inbrain 的芯片由石墨烯制成，因此神经接口具有一些有趣的特性，包括既可用于记录大脑，又可用于刺激大脑。这种双向性源于解决 BCI 技术中通常使用的金属芯片的一个关键问题：法拉第反应。法拉第反应是一种发生在金属电极和电解质溶液之间的特殊电化学过程。事实上，神经组织主要由水性电解质组成。随着时间的推移，这些法拉第反应会降低金属芯片的有效性。
这就是为什么 Inbrain 用导电性极佳的石墨烯材料取代了此类芯片中通常使用的金属。“金属会发生法拉第反应，实际上会使所有电子相互作用，从而降低其将信号传回大脑的效率......” Inbrain 首席执行官兼联合创始人Carolina Aguilar说道。
由于石墨烯本质上是碳而不是金属，阿吉拉尔表示，该芯片可以注入 200 倍以上的电荷而不会产生法拉第反应。因此，这种材料在治疗工具所需的数百万次脉冲刺激中保持稳定。虽然 Inbrain 尚未测试该芯片的大脑刺激功能，但该公司预计将在适当的时候实现这一目标。
据阿吉拉尔介绍，石墨烯基芯片是使用传统半导体技术在晶圆上生产的。在洁净室设施中，Inbrain 制造了厚度为 10 微米的芯片。该芯片由阿吉拉尔所说的“石墨烯点”（不要与石墨烯量子点混淆）组成，尺寸范围为 25 至 300 微米。“这种微米级使我们能够获得对大脑信号解码的独特分辨率，还为我们提供了微米级的大脑刺激或调节，”阿吉拉尔补充道。
测试基于石墨烯的 BCI
曼彻斯特大学将很快对人类患者进行该平台的首次测试，它将在脑肿瘤切除术中充当接口。切除肿瘤时，外科医生必须确保不会损伤大脑语言中心等区域，以免患者在手术后受到损害。“在肿瘤切除过程中放置芯片，以便能够以极高的分辨率读取信号，告诉外科医生哪里有肿瘤，哪里没有肿瘤，”阿吉拉尔说。这样外科医生就可以以微米级的精度切除肿瘤，同时保留语音和认知等功能区域。
阿吉拉尔补充道：“我们在首次人体试验中采用了这种方法，因为这是一种非常可靠且快速的方法来证明石墨烯的安全性，同时也展示了它与目前使用的金属技术相比的潜力。”
阿吉拉尔强调，Inbrain 团队已经测试了石墨烯基芯片的生物相容性。“过去三年来，我们一直在通过对大型动物进行各种安全性研究来研究生物相容性，”阿吉拉尔说。“所以现在我们可以获得这些绿灯，证明其对人类具有更高的安全性。”
虽然曼彻斯特的芯片测试旨在辅助脑肿瘤手术，但同样的技术最终可用于帮助帕金森病患者。为了实现这一目标，去年 9 月，美国食品药品管理局授予 Inbrain 系统突破性设备称号，将其作为治疗帕金森病的辅助疗法。“对于帕金森病的治疗，我们一直在进行不同的临床前研究，这些研究已证明，与目前的商用技术相比，该系统在减轻帕金森病症状方面具有优越性，”阿吉拉尔说。
为了治疗帕金森病，Inbrain 的芯片与大脑中对运动至关重要的黑质纹状体通路相连。芯片将首先解码大脑发出的触发迈步或举起手臂的意图信息——这是典型的 BCI 可以做到的。但 Inbrain 的芯片凭借其微观精度，还可以解码与帕金森病症状相关的病理生物标志物，例如震颤、僵硬和步态冻结。
通过精确测定这些生物标记物，Inbrain 的技术可以确定患者目前的药物治疗方案是否有效。在 Inbrain 芯片的首次迭代中，它不会直接治疗帕金森症的症状，而是可以更好地针对性地减少治疗中使用的药物量。
“帕金森病患者需要服用大量药物，而这些药物必须随着时间推移不断更换，才能应对患者对药物的耐药性，”阿吉拉尔说。“我们可以将这一比例至少降低 50%，而且随着我们的设备越来越精确，未来有望降低更多。”
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