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科學家分享人腦晶片研究進展

上網時間: 2015年02月26日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:人腦  晶片  醫療  ISSCC  健康 

為了能打造出能聆聽並回應人腦指令的晶片,以提供多樣化的醫療應用,研究人員正在克服一系列相關挑戰;在近日於美國舊金山舉行的 2015年度國際固態電路會議(International Solid-State Circuits Conference,ISSCC)的一場座談上,多位專家分享了他們在人腦介面技術方面的研究進展與爭議。

各國政府都意識到了關注民眾大腦健康狀態的重要性,該類問題光是在美國,一年對經濟的耗損就高達數兆美元;雖然相關預算支出仍持續增加,仍有人認為不夠。歐盟則是推動了一項15億美元的計畫,投入國民大腦健康維護所需技術的研發,但卻爭議不斷;對此瑞士蘇黎世聯邦理工學院(Swiss Federal Institute of Engineering in Zurich)生物工程教授Andreas Hierlemann表示:「那聽起來是很大一筆投資,但實際上沒有那麼多。」

Hierlemann,到目前為止,該歐盟計畫在2.5年內雖僅花費5,400萬歐元,但仍在不斷增加;大部分的預算需求來自超過50個計畫夥伴成員,包括來自美國的;在此同時,該計畫焦點似乎轉向對於人腦的電腦建模(modeling),而不是人腦介面晶片的研發,這是一個備受爭議的問題:「整個計畫的走向目前還沒有完全釐清。」

歐盟、美國政府皆有官方贊助人腦晶片研究計畫
歐盟、美國政府皆有官方贊助人腦晶片研究計畫

在另一方面,美國的研究人員已經開始著手進行三年前白宮所發起、資金補助相對規模較小的1億美元人腦晶片研究計畫;參與該計畫的美國加州柏克萊大學研究人員Jan Rabaey表示,美國國防部高等研究計畫署(DARPA)已經轉向為該計畫提供資金,投入金額可能達1億美元。此外美國國家衛生研究院(National Institutes of Health)以及國家科學基金會(NSF)也開始徵求相關研究提案,Rabaey認為:「雖然一切才剛起步,但該領域確實擁有商機。」

美國醫療技術大廠美敦力(Medtronic)核心技術資深總監Tim Denison表示,目前有三家公司擁有人腦植入裝置;例如美敦力的Activa PC+S,在2009年首度使用於動物植入,目前則是收集了超過一年的部分病患資料。他指出:Activa嵌入了一種專門為聆聽腦波所設計、像是示波器(oscilloscope)的晶片:「因為以往的(腦波)紀錄活動被限制在手術室內的數分鐘或數小時,那是很不切實際的環境,而現在我們(對人腦)能有更多的了解。」

Denison最近與兩家同樣有人腦植入裝置的競爭對手NeuroPace與Cyberonics合作撰寫了一篇文章(參考閱讀);據了解,約有350位病患接受了NeuroPace的人腦植入裝置,能聆聽即將發生的癲癇發作徵兆並提供刺激以避免病發;而Cyperonics則在歐洲提供患者一種迷走神經(Vagus nerve)刺激器,能以一種類似的閉路(closed-loop)方法聆聽對生物徵象並自動做出回應。

美敦力的Activa PC+S人腦植入裝置
美敦力的Activa PC+S人腦植入裝置

Denison表示,未來的植入裝置可望與腕戴式裝置搭配使用,以預測病患的行動並提供刺激;他展示了一段動畫,說明該類系統如何能協助帕金森氏症患者倒一杯咖啡。Denison指出,前方仍有許多挑戰,研究人員仍在嘗試能以最小化方式佈置電極、有效擷取腦波的方法,此外他們也在研究如何解譯通常非常微弱的腦波訊號,特別是在刺激器的訊號相對更明顯的時候;理解這類電子刺激器如何搭配藥物使用則是另一個需要克服的障礙。

編譯:Judith Cheng

(參考原文: Silicon Seeks to Outsmart Brain,by Rick Merritt)





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