编辑：rome rome
Forest Neurotech 和 Butterfly Network 互助构建了一种能够实现「亚毫米精度」操作的脑机接口，比较于传统的电旗子暗记，它将利用超声波来刺激和记录大脑活动。
2023 年，脑机接口（BCI）技能仍旧经历了快速发展的一年。
（图片来自网络侵删）目前已经有一些成果能够解码脑旗子暗记来掌握外部设备，同时也有成果能够通过外部设备改变脑旗子暗记。一些 BCI 开拓公司，比如 Neuralink、Paradromics 和 Synchron，都迎来了进入人体临床试验阶段的希望。
今年 5 月，Neuralink 得到了美国食品和药物监管局（FDA）的人体临床试验批准。9 月份，Neuralink 宣告首次进行脑机接口人体实验，干系动态收成了大量关注。彭博社后续宣布称，Neuralink 操持明年对临床志愿者进行 11 台植入脑机接口设备的手术。
2022 年 12 月，马斯克在 Neuralink 的发布会上展示了一只可以「意念打字」的实验猴。
但最近，来自 Forest Neurotech 和 Butterfly Network 的研究者宣告，他们正在互助开拓一种完备不同介质的脑机接口设备：超声波。
今年 10 月，Forest Neurotech 和 Butterfly Network 两家公司宣告共同投资 2000 万美元，以推动基于超声波的脑机接口的研究。Forest Neurotech 将得到来自 Butterfly Network 的超声波芯片的技能容许，旨在开拓一种微创的超声波 BCI 设备，供学术研究利用。
大多数 BCI 系统一样平常采取电旗子暗记作为丈量脑部活动的介质，有些电旗子暗记还被用来刺激大脑。Forest 发布的设备将采取超声波与大脑进行交互，而不是常用的电旗子暗记。
这项成果的底层思路基于以下事理：直射的聚焦超声（FUS）可以改变神经元的动作电位，即脑细胞用来相互互换的离子电流。通过多普勒效应丈量局部血流的变革，超声波还可以用于估算大脑区域内的神经活动，也便是功能超声成像（fUSI）。
犹他阵列是一种传统的植入式脑机接口，可能引起大脑内部涌现强烈的排异反应
Forest Neurotech 首席技能官 William Biederman 表示，Butterfly 的技能将使他的团队能够构建一种实现「亚毫米精度」的操作的脑机接口，当植入用户的颅骨时，它将利用超声波来刺激和记录大脑的活动。
为什么选择超声波作为 BCI 的介质？相较于其他神经刺激和成像技能，在神经刺激方面，聚焦超声可以灵巧地从颅骨外部对大脑特定区域进行定点操作，而电旗子暗记刺激的空间范围较为有限。想要利用电流刺激大脑的深层区域，须要进行开颅手术，将电极置于干系部位附近。除了在深度植入电极之外，还可以在头皮上贴放电极记录脑中的电旗子暗记，但这种方法只能记录靠近表面的大脑区域的活动。虽然超声波还无法穿透颅骨，记录深层的神经活动，但已经可以通过移除一部分颅骨并将设备放置在大脑表面来实现这一点。
由 Butterfly 开拓的超声波硬件将大型临床超声系统的音频天生、掌握和记录功能集成到一个芯片大小的设备上。Forest 操持基于这些超声波芯片，利用定向的集中超声波来刺激大脑，并利用 fUSI 丈量神经活动。
Butterfly Network 的超声波芯片示意图，源自 https://www.youtube.com/watch?v=B1g-qvH9RgY
fUSI 是一种通过丈量血液的变革以估计神经活动变革的技能。和所有细胞一样，神经元也须要血液供给。神经活动增加时，血流量也将增加。fUSI 技能的事理是向神经元生动的脑区发射超声波，并记录反弹回来的波，通过这种办法来丈量血流量。当声波从流动的血液反射回来时，返回的声波的振动频率与发射时的声波不同。fUSI 技能根据多普勒频移征象来估计血流的变革，从而间接估测神经元的电化学反应。
Forest Neurotech 的顾问，加州理工学院教授 Mikhail Shapiro 表示：「利用功能性超声波天生不雅观察神经活动的血液图像，这种方法的效果非常好，乃至超出了它刚提出时所有人的预期。」
超声波既可以记录神经活动，也可以掌握神经活动。虽然超声波可以掌握神经活动这一点至少在 20 世纪 50 年代就已经为人所知，但科学家们仍旧不愿定超声波是如何匆匆使神经元放电的。最近，科学家们在一项利用超声波分离啮齿类动物的脑组织的实验中取得了新进展。实验表明，高频声波打开彷佛打开了特定的钙离子通道，但个中确切的发生机制仍旧是未解之谜。
为了同时进行 BCI 刺激和记录，Forest 开拓的系统须要在用户头骨中植入多个 Butterfly 超声波芯片。虽然超声波刺激可以有效穿刺骨骼，但 FUSI 记录技能还无法完备做到这一点。当声音穿过分骨时，会被削弱，加上输出和返回时的衰减，这导致完备无创的超声波记录系统无法实现。因此，Forest 操持将传感器放入头骨内，与覆盖大脑的保护膜硬脑膜表面齐平。
Forest Neurotech 和 Butterfly Network 的互助是 Butterfly Network「蝴蝶花园」操持的一部分。该操持旨在为医疗设备团队供应技能支持。Butterfly Network 成立于 2011 年，是一家创新的数字医疗公司，义务是让优质的医学影像大家易得，使超声波成像变得价格亲民、易于操作、环球可访问并具备智能连接功能。
Forest Neurotech 是非营利组织 Convergent Research 的一部分，相较于临床设备的制造和营销，他们只专注于技能开拓。「在我们这个非营利行研究机构的生命周期内，我们没有向美国食品及药物管理局提交申请的操持。」Forest Neurotech 首席技能官 Biederman 表示道，「我们正努力推动超声波脑机接口这项技能，以及根本科学的新创造。」一旦这项技能取得更新的进展，Forest 将向学术界和其他工业研究机构供应该技能，以推动产品开拓和科技进步。
参考内容：
https://spectrum.ieee.org/bci-ultrasound
https://www.youtube.com/watch?v=B1g-qvH9RgY
https://www.convergentresearch.org/
https://www.butterflynetwork.com/int/en-hk/iq
