매트릭스가 온다! 10,000미크론 전극을 묻어 뇌 도청, 머스크의 뇌 기계가 인체에 이식된다

당신의 머리 속에는 860억 개의 스위치가 있는 복잡한 네트워크가 있습니다!

무게는 2.5파운드이고 전력 소비량은 20W에 불과합니다. 이는 전구의 에너지 소비량에 해당합니다.

그러나 생체전자공학에서 무한한 기적을 만들어냈습니다!

뇌는 전자기관이라고요?

뇌 연구의 핵심은 센서 기술의 응용입니다.

두피 전극, MRI 또는 ​​새로 개척된 칩 이식 방법에 익숙하든 우리 모두는 이 신비한 기관을 탐구하려고 노력하고 있습니다.

최근 벨기에 나노디지털 연구소 Imec은 살아있는 뇌를 뉴런 수준에서 관찰하는 새로운 탐침인 Neuropixels 검출기를 개척했습니다.

1세대 Neuropixels 검출기만 전 세계 약 650개 실험실에 납품되었습니다. 동시에 Imec은 전 세계 뇌 연구자에게 오픈 소스 데이터를 제공하기 위해 OpenScope 공유 뇌 관측소도 만들었습니다.

이것은 공유 고에너지 물리학 연구를 위한 CERN의 입자 가속기에 해당하는 전 세계적으로 공유되는 신경 과학 연구 시설입니다.

뇌 활동을 관찰하는 새로운 기술인 Neuropixel. 그 기능은 이미징과 유사하지만 광장 대신 전기장을 기록합니다.

이 협력은 엔지니어 Barun Dutta와 신경과학자 Timothy D. Harris의 대화로 2010년에 시작되었습니다.

Dutta는 Imec에서 근무하며 최첨단 반도체 제조 장비를 사용하고 있으며 Harris는 HHMI(Howard Hughes Medical Institute)에서 수석 신경과학자로 근무하고 있습니다.

Dutta는 반도체에 대한 자신의 지식을 신경과학 분야에 적용합니다.

Harris는 "우리는 자유롭게 움직이는 동물의 국소 신경 회로에 있는 각 뉴런의 스파이크를 기록해야 합니다."라고 말했습니다.

Dutta와 Harris가 이끄는 엔지니어, 신경과학자, 소프트웨어 디자이너 및 기타 인력을 포함하여 다양한 분야의 배경을 갖춘 연구팀이 구성되었습니다.

과학자들은 고급 마이크로 전자 공학을 사용하여 뇌 조직의 작은 부분에 있는 수천 개의 뉴런 사이의 전기적 대화를 동시에 모니터링할 수 있는 새로운 센서를 발명하는 방법을 탐구하고 있습니다.

과학자들이 발명한 시스템의 이름은 Neuropixels입니다. "우리를 신경과학의 인텔이라고 생각하세요."라고 Dutta는 말했습니다. "우리는 칩을 제공하고 전 세계의 실험실에서는 이를 사용하여 코드를 작성하고 실험을 합니다."

뇌 기관의 어느 부분에도 도달할 수 있을 만큼 길지만, 들어가는 도중에 섬세한 조직을 손상시키지 않을 만큼 작은 디지털 프로브를 만드는 것은 쉽지 않습니다.

사실 뇌는 요구르트만큼 탄력이 있어요.

따라서 과학자들은 삽입을 똑바로 유지하면서 흔들리는 뇌 내부에서 구부러지도록 허용하여 오랫동안 인접한 뇌 세포를 손상시키지 않도록 해야 합니다.

뇌가 복잡한 행동을 통해 신체를 안내하므로 감지기는 제자리에 머물면서 몇 주 또는 몇 달 동안 안정적으로 기록할 수 있을 만큼 내구성이 있어야 합니다.

Neuropixels는 신경과학을 더 높은 단계로 끌어올리고 간질, 파킨슨병과 같은 뇌 질환에 대한 더 나은 치료법을 제공하며 미래의 뇌-컴퓨터 인터페이스를 위한 길을 열어줍니다.

1950년대에 연구자들은 파킨슨병 환자의 뉴런 비활성화를 확인하기 위해 원시적인 전자 센서를 사용했습니다.

70년간의 개발 끝에 마이크로 전자 공학 혁명으로 뇌 탐침의 모든 구성 요소가 소형화되었으며 뇌 전자 감지 기술이 큰 발전을 이루었습니다.

2021년에는 시스템이 2.0 버전으로 업그레이드됩니다. 4년 전 초기 버전과 비교하면 센서 수가 10배 이상 늘어났다.

현재 버전 3.0은 초기 개발 단계에 있습니다.

과학자들은 무어의 법칙에 따라 신경픽셀이 기하급수적으로 증가할 것이라고 믿습니다.

그리고 이것은 시작에 불과합니다.

Neuropice2.0!

뇌를 연구하는 생물학 전문가들은 실험자들이 전극으로 금이나 백금을 사용한 다음 손잡이로 유기금속 고분자를 사용할 것을 제안합니다.

그러나 이러한 재료는 고급 CMOS 제조 공정과 호환되지 않습니다. 따라서 실험자들은 몇 가지 연구를 수행하고 많은 엔지니어링 설계를 수행했습니다. 궁극적으로 Silke

Musa는 CMOS 및 동물 두뇌와 호환되는 매우 강력한 전기 세라믹인 질화 티타늄을 발명했습니다.

동시에 재료는 다공성이므로 임피던스가 낮습니다. 낮은 임피던스는 근처 셀을 가열하여 데이터를 손상시키는 잡음을 생성하지 않고 전류를 공급하고 신호를 지우는 데 매우 유용합니다.

많은 재료 과학 연구와 미세 전자 기계 시스템(MEMS)의 일부 관련 기술 덕분에 연구원들은 이제 실리콘 막대와 질화 티타늄 전극의 증착 및 에칭 중에 생성되는 내부 응력을 제어할 수 있습니다.

이렇게 하면 실리콘 막대의 두께가 23마이크론(마이크론)에 불과하더라도 항상 거의 완벽하게 직선을 유지할 수 있습니다.

각 프로브는 4개의 평행 핸들로 구성되며, 각 핸들에는 1,280개의 전극이 장착되어 있습니다. 1cm 이내의 탐침은 쥐 뇌의 어느 곳이든 닿을 수 있을 만큼 충분히 길다.

2021년에 발표된 쥐 연구에 따르면 Neuropice2.0 장치는 설치류가 정상적인 생활을 하는 동안 연속 6개월 동안 동일한 뉴런에서 데이터를 수집할 수 있습니다.

CMOS 호환 핸들과 뇌 조직 사이의 탄성 차이가 커서 문제가 발생합니다. 뇌가 움직일 때 프로브가 필연적으로 뇌에서 움직일 때 단일 뉴런을 어떻게 추적해야 하는지.

우리는 뉴런의 크기가 20~100미크론이고 각 전극의 직경이 15미크론이라는 것을 모두 알고 있습니다. 이는 단일 뉴런의 분리된 활동을 기록할 수 있을 만큼 작습니다.

그러나 6개월 간의 밀기 활동 후에는 전체 감지기가 뇌 내에서 500미크론 이동했을 수 있습니다. 이 시간 동안 특정 픽셀에서는 여러 뉴런이 오고 가는 것을 볼 수 있습니다.

(현재 가장 일반적인 신경 기록 장치)

또한 각 핸들에 있는 1,280개의 전극은 개별적으로 주소를 지정할 수 있으며 4개의 병렬 핸들은 연구원에게 효과적인 2D 판독값을 제공할 수 있습니다. 이는 CMOS로 촬영한 이미지와 매우 유사합니다. 카메라.

이러한 유사성으로 인해 연구원들은 픽셀과 관련된 뉴런 변위 문제가 IS 시스템과 매우 유사하다는 것을 깨닫게 되었습니다. 촬영하는 동안 카메라를 흔드는 것처럼 뇌의 한 영역에 있는 뉴런은 전기적 특성과 상관관계가 있습니다.

연구원들은 기존 방법을 사용하여 카메라 흔들림 문제를 해결하여 머리 흔들림 감지 문제를 해결할 수 있습니다. 안정화 소프트웨어를 적용하면 연구자들은 신경 회로가 마음대로 움직일 때 자동 보정 기능을 사용할 수 있습니다.

2.0 버전에서는 이식된 프로브를 제어하고 디지털 데이터를 출력하는 두개골 외부에 있는 회로 기판을 엄지손가락 크기로 줄였습니다.

이런 방식으로 하나의 회로 기판과 베이스에 프로브 2개를 담을 수 있으며, 각 프로브는 총 10,240개의 기록 가능한 전극을 갖춘 4개의 작은 손잡이로 확장됩니다.

연구원들은 높은 샘플링 속도를 달성하고 많은 양의 데이터를 캡처하기 위해 제어 프로그램을 작성했습니다. 이는 CMOS 이미징 칩이 일반적으로 기록할 수 있는 것의 500배입니다. 그러나 현재 이 장치는 접촉하는 모든 뉴런의 활동을 캡처할 수 없습니다.

컴퓨터 기술의 지속적인 발전은 다음 몇 세대 내에 기존 대역폭 제한을 더욱 완화할 것입니다.

연구자들은 불과 4년 만에 픽셀 밀도를 거의 2배로 늘리고, 동시에 기록할 수 있는 픽셀 수를 2배로 늘리며, 전체 픽셀 수를 10배 이상 늘린 반면, 외부 전자기기의 수는 그 크기가 늘어났습니다. 증가한 것이 아니라 감소하여 절반으로 감소했습니다.

차세대 버전 3.0도 개발 중이며 4년 주기의 출시 리듬을 유지하며 2025년쯤 출시될 예정입니다. 버전 3.0에서는 픽셀 수가 다시 늘어나 약 50,000~100,000개의 뉴런을 모니터링할 수 있을 것으로 예상됩니다.

그동안 팀에서는 계속해서 감지기를 추가하고 출력 대역폭을 3배 또는 4배로 늘리고 기본 대역폭을 2배로 줄일 계획입니다.

(최초의 뉴로피온 장치. 손잡이에 966개의 전극이 있습니다.)

프랑켄슈타인이 머리를 열었고, 최초의 인간 두뇌 기계

많은 프랑켄슈타인들은 과학 연구를 발전시키기 위해 자신의 몸을 사용하여 make 실험을 시작했습니다. 2014년에 거의 70세였던 미국의 신경과학자 Phil

Kennedy는 실제로 자신의 두개골을 톱으로 열어 뇌에 전극을 이식했습니다.

당시 실험 대상을 찾을 수 없고 연구 자금도 고갈될 예정이었기 때문에 케네디는 자신의 뇌를 수술하기로 결정했습니다. 뇌수술은 11시간 30분에 걸쳐 진행됐는데 사실 별로 순조롭게 진행되지는 않았습니다.

케네디는 실제로 깨어났을 때 말하는 능력을 잃었습니다. 그는 말을 할 수 없는 환자가 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 다시 "말할" 수 있도록 하는 음성 디코더를 만들기 위해 이 작업을 수행했습니다.

필 케네디는 이전에 약 30년 동안 이 분야를 연구해 온 저명한 신경과학자로 많은 사람들에게 '사이보그의 아버지'로 불렸습니다.

1990년대에 그가 개발한 침습적 뇌-컴퓨터 인터페이스를 통해 중증 마비 환자가 자신의 뇌를 사용하여 컴퓨터 커서를 제어하여 입력하는 방법을 배울 수 있었고, 이를 통해 다른 사람들이 자신의 목소리를 "들을" 수 있었습니다.

뇌-컴퓨터 인터페이스에 관한 수많은 연구가 있는데, 가장 흥미롭고 흥미로운 것은 Neuarlink에 대한 연구입니다. 2020년 8월, 머스크는 기자회견에서 Neuarlink의 주요 혁신을 발표했습니다.

이번 머스크가 만든 마법 장치는 동전만한 크기로 두개골에 수술적으로 이식되었으며, 완충 시 하루 종일 사용할 수 있습니다. 머스크는 뇌-컴퓨터 인터페이스의 가장 본질적인 문제는 '배선'이라고 말했다.

현장에서 머스크는 뉴럴링크 장치를 이식한 지 두 달 된 건강한 새끼 돼지를 선보였습니다.

실험의 주요 목적은 칩을 이식한 후 돼지의 뇌 활동을 시각적으로 볼 수 있다는 것입니다. 시연자가 코를 만지면 돼지의 신경이 흥분되기 시작합니다. 장치에 연결된 1024개의 전극의 작용으로 뇌의 전파 신호가 선명하게 보입니다.

또한 2021년 4월에도 Neuralink는 다시 한 번 새로운 진전을 이루었습니다. 원숭이가 생각으로 탁구를 칠 수 있게 되었습니다. 실험에서 9살 붉은털원숭이 페이저는 머리에 N1 링크 2개를 이식했고, 직원은 그에게 바나나 밀크셰이크를 가지고 게임을 하라고 유혹했다. 뇌-컴퓨터 인터페이스 기술이 계속 발전함에 따라 마비 환자들은 손가락보다 더 빠르게 생각으로 스마트폰을 조작할 수 있게 될 것입니다.

머스크는 작년에 뇌-컴퓨터 인터페이스가 올해 인간에게 사용될 것이라고 말했습니다. 뇌-컴퓨터 인터페이스는 미래에 유망합니다.

참고자료:

https://spectrum.ieee.org/brain-implanthttps://36kr.com/p/1722359709697

https://www.sohu.com/a/193608196_426424

https:/ / www.imec-int.com/enhttps://www.hhmi.org/

위 내용은 매트릭스가 온다! 10,000미크론 전극을 묻어 뇌 도청, 머스크의 뇌 기계가 인체에 이식된다의 상세 내용입니다. 자세한 내용은 PHP 중국어 웹사이트의 기타 관련 기사를 참조하세요!