Gehirn-Computer-Schnittstelle steht im Vordergrund, ist es ein Hype-Konzept? Oder stimmt das wirklich?

Seit diesem Jahr sind die Technologie der künstlichen Intelligenz und ihre innovativen Anwendungen in verschiedenen Branchen zu einem heißen Thema geworden. Nach ChatGPT, AIGC und CPO ist das Konzept der Gehirn-Computer-Schnittstelle wieder in den Vordergrund gerückt. Gehirn-Computer-Schnittstellen waren letztes Jahr der letzte Schrei, und einige aktuelle Nachrichten haben erneut hitzige Diskussionen über Gehirn-Computer-Schnittstellen ausgelöst. Nach dem Anstieg in den beiden vorangegangenen Tagen stieg der BCI heute Morgen erneut an.

Das einfache Verständnis der Gehirn-Computer-Schnittstelle besteht darin, eine Verbindung zwischen dem menschlichen/tierischen Gehirn und externen Geräten herzustellen, um den Informationsaustausch zu erreichen. Derzeit umfassen die meisten technischen Wege für Gehirn-Computer-Schnittstellenprodukte implantierbare und nicht implantierbare Produkte, die eine Kraniotomie oder einen interventionellen chirurgischen Eingriff erfordern, um Sonden zum Lesen von Nervensignalen zu implantieren. Da es jedoch nicht implantierbar ist, müssen nur verwandte Produkte getragen werden, um Nervensignale zu lesen.

Die Anwendung derzeit aktueller Technologien konzentriert sich hauptsächlich auf den Medizin- und Gesundheitsbereich, einschließlich der Behandlung von Gehirnerkrankungen, einschließlich verschiedener neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen wie Epilepsie, Schlaganfall, Parkinson-Krankheit und neurodegenerativen Erkrankungen. Diese Hersteller von Gehirn-Computer-Schnittstellen befinden sich jedoch noch im experimentellen Stadium oder befinden sich noch im Forschungs- und Entwicklungsstadium der Produkt- oder Technologieentwicklung.

Bei der Forschung von Neuralink zum Thema Gehirn-Computer-Schnittstelle werden beispielsweise hochpräzise Mikroskope und Roboter eingesetzt, um „lineare“ flexible Elektroden mit integrierten Elektroden und Sensoren in die Großhirnrinde zu implantieren und Neuronensignale zu sammeln. Allerdings ist diese Technologie nicht ohne Nachteile. Um flexible Elektroden in die Großhirnrinde zu implantieren, müssen die Forscher Stahlnadeln als Träger verwenden, um sie unter einem Mikroskop zu positionieren Vermeiden Sie Blutgefäße, und nach Abschluss der Implantation werden die Münzen in das Gehirn eingeführt. Große und kleine Implantate werden am Schädel versiegelt, und der chirurgische Prozess erfordert eine äußerst hohe Präzision. Darüber hinaus starben während des Experiments an Rhesusaffen viele Versuchstiere an Kopfinfektionen. Aus lösungstechnischer Sicht sind Stahlnadeln nicht die beste Wahl für Implantationsträger. Der Rückzugsprozess nach Abschluss der Implantation kann leicht zu einer Elektrodenverschiebung führen und es besteht die Möglichkeit einer Sekundärschädigung des Gehirngewebes. Diese Probleme müssen noch gelöst werden.

Es gibt auch innovative medizinische Versorgung, die in den letzten zwei Tagen stark angestiegen ist. Auch wenn das Unternehmen gemeinsam mit seinem Partnerunternehmen Boling Brain Computer an nicht-implantierbaren Produkten für die Gehirn-Computer-Schnittstelle forscht, scheint es, dass noch keine tatsächlichen Produkte auf den Markt gebracht wurden Es wurden Daten veröffentlicht, die Hemiplegiker dabei unterstützen sollen, die Flexibilität der autonomen Kontrolle zu erreichen. Darüber hinaus wurden das „Brain-Computer Interface Lower Limb Exoskeleton Rehabilitation Training System“ und das Brain-Computer Interface Rehabilitation Training and Evaluation System von Shandong Haitian Intelligent Engineering Co., Ltd. und Siyi (Changsha) Intelligent Technology Co., Ltd. entwickelt Von der Food and Drug Administration zur Auflistung zugelassen. Es geht schnell, aber es gibt Probleme, wie zum Beispiel unzureichende Dekodierungsinformationen

Viele derzeit erhältliche nicht-implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstellenprodukte werden nur zur Abwicklung einfacher Vorgänge verwendet und komplexere Aufgaben können nicht erledigt werden. Es gibt auch viele Hersteller und Unternehmen, die die Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen in Richtung Implantate optimistisch sehen. Es gibt auch einige materielle oder technische Barrieren. Die implantierten Materialien werden im Gehirn und den darin implantierten harten Elektroden nicht lange halten Auch im menschlichen Gehirn kommt es zu einer Abstoßungsreaktion. Daher werden, gemessen an den Fortschritten, viele experimentelle und praktische Operationen für implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstellenprodukte immer noch an Tieren durchgeführt, und der Prozess der Tierversuche ist noch nicht vollständig gelöst. Relativ schnell gab Neuralink, ein Unternehmen für Gehirn-Computer-Schnittstellen im Besitz von Musk, am 25. Mai Ortszeit bekannt, dass es die Genehmigung der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) erhalten habe und die erste klinische Studie am Menschen über Gehirnimplantate starten werde.

Wir haben bereits erwähnt, dass es schwierig ist, eine FDA-Zulassung zu erhalten. Am 30. November 2022 sagte Elon Musk, CEO des Gehirn-Computer-Schnittstellenunternehmens Neuralink, dass er es größtenteils bei der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) eingereicht habe Die Unterlagen wurden eingereicht, hätten aber nicht genehmigt werden dürfen. Diese Genehmigung ist ein großer Fortschritt für den medizinischen Bereich.

Ist es ein Konzept? Oder echte Munition?

Die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie meines Landes hat auch in der klinischen Medizin einige Fortschritte gemacht. Vor zehn Jahren implantierte ein Forschungsteam der Universität Zhejiang erstmals eine halbinvasive Gehirn-Computer-Schnittstelle in den Schädel eines querschnittsgelähmten Patienten. Basierend auf kortikalen EEG-Signalen wurde der Patient durch die Steuerung einer Roboterhand bei der Ausführung von Ratebewegungen unterstützt seine oder ihre Gedanken. Anschließend führten die Neurochirurgie-Abteilung des Huashan-Krankenhauses der Fudan-Universität und die Neurochirurgie-Abteilung des Beijing Tiantan-Krankenhauses der Capital Medical University Forschungen zu Bewusstseinsstörungen durch und nutzten dabei Technologien wie Neuromodulation und Gehirn-Computer-Schnittstelle, um die Wiederherstellung des Bewusstseins und die Verbesserung des Bewusstseins zu maximieren neurologische Funktion. Darüber hinaus wird die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie zur Behandlung der Parkinson-Krankheit in Kombination mit Parkinson-Demenz eingesetzt, das Gehirn-Computer-Schnittstellensystem für die verdeckte Kommunikation in chinesischer Sprache wird entwickelt und flexible Microarray-Elektroden werden zur genauen Lokalisierung der dorsalen Hirnstammkerne und zur epiduralen Elektrodenstimulation eingesetzt Technologie zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen und andere Forschung.

Innovative Medical erwähnte, dass seine tragbaren Gehirn-Computer-Schnittstellenprodukte Patienten mit Hemiplegikern dabei helfen können, die Unterarme und Hände behinderter Gliedmaßen in jeder Position innerhalb des normalen Bewegungsbereichs der Gliedmaßen autonom zu kontrollieren. Nur hat Innovative Medical keine detaillierteren Daten zur Flexibilität der „autonomen Kontrolle“ veröffentlicht.

Innovative Medical und Professor Xu Kedi vom Qiushi Institute of Advanced Studies der Zhejiang-Universität gründeten Boling Brain Computer (Hangzhou) Technology Co., Ltd. (im Folgenden als „Boling Brain Computer“ bezeichnet). Seine Gehirn-Computer-Schnittstellenprodukte sind untergeordnet zu tragbaren Geräten (nicht implantierbar), die hemiplegischen Patienten dabei helfen können, den Unterarm und die Hand ihrer behinderten Gliedmaßen autonom zu bewegen. Im Hinblick auf den Forschungsfortschritt wurde der Hauptprototyp verbessert und mit In-vivo-Tests an Patienten begonnen. Auch in Zukunft werden wir die vertiefte Forschung zu produkttechnischen Lösungen kontinuierlich vorantreiben und die Patiententests des Prinzipprototyps der zweiten Generation sukzessive fördern und ausbauen.

Sanbo Brain Science hat keine weiteren Informationen über seine Erforschung von Gehirn-Computer-Schnittstellenanwendungen veröffentlicht. Erst am 18. Mai wurde den Anlegern mitgeteilt, dass die Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie große Anwendungsaussichten in der klinischen Diagnose und Behandlung der Neuromedizin und Neurorehabilitation hat. Die Institution achtet stets auf die Anwendung und Entwicklung der Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie im medizinischen Bereich beteiligt sich auch an der grundlegenden Anwendung und Erforschung klinischer Anwendungen.

Tatsächlich gibt es ein anderes Unternehmen, Xinwei Medical, das eines der wenigen börsennotierten Unternehmen auf dem Markt ist, das sich ursprünglich direkt mit der Forschung und Entwicklung von Gehirn-Computer-Schnittstellen befasst und innovative medizinische Geräte herstellt neurointerventionelle, herzinterventionelle und pulmonale Intervention usw. Unter ihnen ist Neurointervention das Kerngebiet von Xinwei Medical. Mehrere Produkte wurden inzwischen von der NMPA zugelassen. Es gibt 15 von der NMPA zugelassene neurointerventionelle Geräteprodukte und ein komplettes neurointerventionelles Produktportfolio, das verschiedene neurointerventionelle Verfahren zur Schlaganfallbehandlung und -prävention abdeckt.

Auch der Markt für neurointerventionelle Produkte allein ist riesig, wie z. B. Zugang, Blutung und Ischämie. Der Zugangstyp ist ein notwendiges Verbrauchsmaterial für die interventionelle Chirurgie und dient der Einrichtung eines Zufuhrkanals. Der Blutungstyp wird zur Blockierung missgebildeter Blutgefäße, zur Behandlung von Hirnaneurysmen und zum Verschließen von intrakraniellen Blutgefäßbrüchen verwendet und Blutgefäße freimachen. Untergliedert werden neurointerventionelle Produkte weiter in ischämische Thrombektomiegeräte, ischämische Präventionsgeräte, hämorrhagische Behandlungsgeräte, intrakranielle Arterienstenose-Behandlungsgeräte und Gefäßzugangsgeräte unterteilt. Xinwei Medical verfügt über eine umfangreiche Pipeline und die meisten seiner Produkte wurden zugelassen und bereiten sich auf die Vermarktung vor.

Vor einiger Zeit war ein interventioneller Gehirn-Computer-Schnittstellenversuch an nichtmenschlichen Primaten unter der Leitung des Teams von Professor Duan Feng in Peking erfolgreich. Dieser Versuch wurde vom Team von Professor Duan Feng an der Nankai-Universität in Zusammenarbeit mit dem General der chinesischen Volksbefreiungsarmee geleitet Krankenhaus (Krankenhaus 301), Xinwei Medical gemeinsam fertiggestellt.

Wie oben erwähnt, umfassen die meisten technischen Wege für Gehirn-Computer-Schnittstellen implantierbare und nicht-implantierbare. Das Experiment wurde von Professor Duan Feng von der Nankai-Universität geleitet. Duan Feng beschäftigte sich mit der Erforschung implantierbarer und nicht implantierbarer Gehirn-Computer-Schnittstellen. Das Experiment mit implantierbaren Gehirn-Computer-Schnittstellen wurde verwendet, um das Verhalten von Mäusen zu kontrollieren. Eine implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstelle wurde zur Steuerung des Verhaltens von Mäusen verwendet. Zur Steuerung von Rollstühlen und Autos.

Aufgrund einschlägiger Untersuchungen ist Duan Feng davon überzeugt, dass beide Technologien Mängel aufweisen. Beispielsweise können implantierbare Gehirn-Computer-Schnittstellen den Experimentatoren großen Schaden zufügen und ihre Sicherheit kann nicht garantiert werden. Allerdings müssen die Genauigkeit der Signalerfassung und die langfristige Erkennungsstabilität nicht implantierbarer Gehirn-Computer-Schnittstellen verbessert werden, da die objektive Interferenz von EEG-Signalen auf der Kopfhaut zu komplex ist und es schwierig sein wird, technische Barrieren zu überwinden kurzfristig. Nach einer Reihe von Studien arbeitete Duan Feng mit Xinwei Medical, einem Unternehmen für neurointerventionelle Geräte, zusammen, um eine interventionelle Gehirn-Computer-Schnittstelle zu entwickeln. Die Schlüsselkomponenten dieser Art von Gehirn-Computer-Schnittstelle sind der EEG-Signalsammelsensor am vorderen Ende (an der Halterung angebrachte Elektroden) und der Signalverstärker am hinteren Ende.

Bei dieser Technologie ist keine Kraniotomie und Entfernung großer Schädelteile erforderlich, sondern es wird lediglich eine kleine Öffnung in der Halsschlagader des Patienten angelegt und mithilfe eines Halsvenenkatheters ein mit Sensoren ausgestatteter Stent in die lokalisierten Blutgefäße eingeführt im motorischen Kortex des Gehirns. Wenn der Katheter entfernt wird, dehnt sich der Stent innerhalb der Gefäßwand aus und schließt sich an die Innenwand des Gefäßes an, wodurch EEG-Signale erfasst werden.

Nach Abschluss der Operation werden die gesammelten EEG-Signale durch Filterung, Rauschunterdrückung usw. verarbeitet und die Signale in den Computer importiert und analysiert. Nach dem Erkennen der Bewegungsabsicht sendet der Computer Steuerbefehle an den Roboterarm. und dann den Roboterarm betätigen, um dem Affen Nahrung zuzuführen. Da die Hände des Affen gefesselt sind, verspürt er den Drang, die Hand auszustrecken, wenn er Nahrung zu sich nehmen möchte, was weiterhin elektrische Signale im Gehirn erzeugt, um die Bewegung des Roboterarms zu steuern, was das Training immer wieder verstärkt.

Bei dieser Technologie sind auch die Genauigkeit und Stabilität der gesammelten Signale gut und es werden ausgereifte neurointerventionelle Technologien im medizinischen Bereich verwendet, die für mehr Sicherheit sorgen können.

Es gibt noch viel zu tun, bevor die interventionelle Gehirn-Computer-Schnittstelle, die von bestehenden neurointerventionellen Geräten entwickelt wurde, direkt in der klinischen Praxis und Industrialisierung des Menschen eingesetzt werden kann. Derzeit hat Xinwei Medical mit klinischen Versuchen eines vaskulären Interventionsrobotersystems begonnen. Es handelt sich nicht um das in dieser Studie verwendete Produkt. Das vaskuläre Interventionsrobotersystem wird hauptsächlich zur Instrumentensteuerung und -bedienung bei interventionellen Operationen verwendet.

Die medizinische Versorgung könnte die erste sein, die mit Gehirn-Computer-Schnittstellen auf den Markt kommt!

Aus dem Forschungsfortschritt dieser Gehirn-Computer-Schnittstellen werden sich viele praktische Anwendungen ergeben, wie z. B. medizinische Gesundheit, Unterhaltung, Smart Home, Militär usw. Aber vielleicht ist die medizinische Umsetzung die schnellste und kommt der kommerziellen Anwendung am nächsten.

Einige medizinische Unternehmen sind in den Bereichen Rehabilitationsbehandlung, Schmerzmanagement, gehirncomputergesteuerte Prothetik und anderen Bereichen tätig, beispielsweise in der neurologischen Rehabilitation. Dies hat die Machbarkeit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle bestätigt und diese direkt genutzt Gedanken. Kontrollgeräte zur Verbesserung der Wiederherstellungseffizienz. Es gibt auch medizinische Unternehmen, die Forschung zur Gehirn-Computer-Schnittstellentechnologie in den Bereichen Neurowissenschaften, Psychologie, Kognitionswissenschaft usw. betreiben. Daher werden medizinisch-klinische Anwendungen weiterhin die Hauptrichtung von Gehirn-Computer-Schnittstellenanwendungen sein.

Bei der Erforschung und Anwendung von Gehirn-Computer-Schnittstellen geht es häufig um die Richtung des Gehirnlesens, d Kontakt mit der Welt. Der nächste Schritt besteht darin, eine Gehirn-Computer-Interaktion zu etablieren und externe Stimulation zur Verbesserung der Gehirnsymptome zu nutzen. In Zukunft wird es viele klinische Anwendungen in vier oder fünf Indikationen wie Depression, Schmerzen und Epilepsie geben. Oder im Bereich der nicht-invasiven Gehirn-Computer-Schnittstellen, bei denen Hardware in Kombination mit kognitiven Neurowissenschaften zum Einsatz kommt, ist die Technologie sogar noch schwieriger.

Lu Changshun (Cairns) Zertifikatsnr.: A0150619070003. [Der obige Inhalt stellt nur persönliche Meinungen dar und stellt keine Grundlage für den Kauf und Verkauf dar. Der Aktienmarkt ist riskant, daher ist bei Investitionen Vorsicht geboten]

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