DARPA神经工程系统设计项目研发脑机接口

2017年7月，美国国防高级研究计划局（DARPA）宣布为美国布朗大学、美国哥伦比亚大学、美国约翰·皮尔斯实验室、美国加州大学伯克利分校、美国Paradromics初创公司以及法国视听研究所等六家机构/公司提供6500万美元的资助以开展神经工程系统设计项目（NESD），旨在研发“能让大脑与数字世界直接开展精准交流的可植入系统”。这套接口系统能将大脑神经元所用的电化学信号转换为信息技术中使用的“0”、“1”机器语言。该项目有助于推动科学家对视觉、听觉和语言等神经功能的理解，最终研发出针对感官缺陷患者的全新治疗方案。

NESD项目的主管菲利普·爱维达（Phillip Alvelda）表示，“通过增强先进神经接口的性能，让它能同时与超过100万个神经元发生交互，NESD项目将增强神经接口和大脑间的双向通讯，并加深研究人员对器官生物学、复杂性和功能性的认识。”该项目为跨学科项目，涉及神经科学、低功耗电子、光学、医学设备包装与制造、系统工程、数学、计算机科学和无线通信等。

受资助机构/公司的具体研究内容如下所示：

（1）布朗大学的研究团队将由神经工程师阿托·呐米客（Arto Nurmikko）领导，专注于语言研究。他们计划使用多个独立的、谷粒一样大小的“神经谷粒”（neurograins），将其置于大脑表层并与独立的神经元交互，最后将数据传输至随身携带或是植入皮肤内的一个贴片中。该团队正研究如何植入“神经谷粒”、如何保证这些电子元件的密封性和安全性，以及如何处理传输的大量数据。而最大的挑战是，如何搭建一个由一万个“神经谷粒”组成的通讯网络，并使其传输有价值的数据。

（2）哥伦比亚大学的研究团队由肯·谢帕德（Ken Shepard）博士带领，将会对视觉进行研究，致力于开发通向视觉皮层的非穿透性生物电接口，并通过头戴式中继站接收器为植入设备提供无线供电和通信。

（3）法国视听研究所团队由何塞·阿兰·萨赫勒（Jose-Alain Sahel）和赛格·皮卡德（ and Serge Picaud）博士牵头，他们也专注于研究视觉，将会从光遗传学领域寻求技术灵感。通过植入电子设备和微发光二极管光学技术，实现视觉皮层神经元和眼部高清人工显示屏之间的通信。

（4）约翰·皮尔斯实验室团队将由文森特·皮尔瑞伯恩（Vincent Pieribone）博士领导，工作重心也集中在视觉上，将打造一款接口系统，使得修改后的神经元能实现生物体发光并响应光遗传学模拟。

（5）Paradromics初创公司的首席执行官马特·安格勒（Matt Angle）博士表示，该公司正研制一种叫做“神经输入输出总线”（Neural Input-Output Bus，NIOB）的微型电极束。每个电极会与多个神经元连接，而总共包含20万个微型电极的四个电极束可以连接一百万个神经元。Paradromics的任务是完成患者的语言能力恢复。NIOB装置将会从脑中的颞上回区域接收信号，该区域主要负责将听觉信号处理至音位级别（音位是能够区别意义的最小语音单位），而大脑的其他部分则负责高级的语义分析。

（6）加州大学伯克利分校的研究团队将由埃哈德·伊萨科夫（Ehud Isacoff）博士领导，该团队将尝试开发一种“光场”全息照相显微镜，它可以用来对大脑皮层中多达一百万个神经元的活动进行监测和调节。

NESD项目在第一年将致力于取得硬件、软件和神经科学上的基础突破，并将这些技术在动物和培养细胞身上进行测试；后续三年基础研究不会中断，同时研发团队将会在微型化和技术整合上下工夫，并希望在获得审批的情况下以其他可能形式对新开发出的设备进行人类安全性测试。此外，作为计划的一部分，研究者将会和美国食品药品监督管理局合作，针对长期安全性、隐私、信息安全、与其他设备的兼容性等问题开展研究调查。