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Em 3 de agosto, o Centro de Pesquisa em Neuromodulação e Interface Cérebro-Computador da Universidade Fudan (doravante denominado “Centro Cérebro-Computador”) foi oficialmente inaugurado.

De acordo com a Universidade Fudan, o Centro de Pesquisa em Neuromodulação e Interface Cérebro-Computador da Universidade Fudan estará comprometido em atender às principais necessidades estratégicas de integração cruzada do país nas áreas de neuromodulação e interface cérebro-computador no futuro, e em criar a exploração dos princípios de neuromodulação e interface cérebro-computador, avanços tecnológicos disruptivos e um novo mecanismo de inovação em produtividade para aplicações médicas e de saúde.

A cerimônia de abertura do Centro de Pesquisa em Neuromodulação e Interface Cérebro-Computador da Universidade Fudan.Foto cortesia da Universidade Fudan

Três grandes direções de pesquisa, co-construídas por 8 unidades

Deixe os surdos recuperarem a audição, deixe os cegos recuperarem a visão, deixe os pacientes paralisados ​​andarem independentemente, deixe os pacientes com depressão recuperarem a felicidade e permita que os pacientes com deficiência controlem os braços robóticos através da imaginação... Do reparo da percepção ao controle de movimento, tecnologia de interface cérebro-computador pode permitir O sonho outrora inatingível da humanidade se tornou realidade.

Como uma forma revolucionária de interação humano-computador, a tecnologia de interface cérebro-computador contorna os nervos e músculos periféricos tradicionais e estabelece diretamente um novo canal de controle de comunicação entre o cérebro humano e o mundo exterior. doenças.Proporciona a possibilidade de perda da função motora e da capacidade de comunicação devido a trauma ou trauma. Nos últimos anos, tem sido amplamente utilizado em tratamento médico, reabilitação, enfermagem e outras áreas.

De acordo com a Universidade Fudan, a Universidade Fudan tem promovido ativamente o layout estratégico no campo da interface cérebro-computador nos últimos anos. Atualmente, o cenário de pesquisa e aplicação mais viável da interface cérebro-computador é o tratamento médico sério. No início de sua criação, o Centro Cérebro-Computador estabeleceu três direções principais: pesquisa sobre mecanismos e teorias de regulação neural, pesquisa e desenvolvimento de tecnologia de neuromodulação interativa cérebro-computador e pesquisa de tradução clínica em neuromodulação, integrando totalmente os três principais elos de pesquisa básica, pesquisa técnica e aplicações translacionais.

O Brain-Computer Center depende do Instituto de Ciência e Tecnologia de Inteligência Inspirada no Cérebro e coopera com o Brain Science Translation Research Institute, o Brain Science Research Institute, o Big Data Institute, o National Key Laboratory of Integrated Chips and Systems, o O Hospital Afiliado Huashan, o Hospital Pediátrico Afiliado e o Hospital Afiliado do Câncer construíram em conjunto 8 unidades.

Ao mesmo tempo, o Centro Cérebro-Computador reúne equipes interdisciplinares que integram ciência, engenharia e medicina, como ciência de dados, ciência da informação, chips interativos, integração de sistemas e aplicações clínicas. em pesquisa básica, medicina clínica e tecnologia de engenharia, e criar uma equipe interdisciplinar de pesquisa temática.

"Muitos estudiosos já realizaram pesquisas sobre interfaces cérebro-computador em seus próprios campos de pesquisa básica. Após o estabelecimento do Centro Cérebro-Computador, ele trará oportunidades de cooperação interdisciplinar mais convenientes e estimulará mais faíscas. Condensará a ciência dos materiais, a medicina , psicologia e ciências do cérebro. Especialistas e estudiosos da ciência e de outras áreas exploraram conjuntamente pesquisas de ponta, construindo plataformas, organizando conferências acadêmicas ou estabelecendo bolsas de estudo interdisciplinares, e empreendendo conjuntamente importantes tarefas de pesquisa nacionais." disse Wang Shouyan, vice-diretor. do Instituto de Ciência e Tecnologia da Inteligência Inspirada no Cérebro.

O que os pesquisadores do Brain Computer Center estão fazendo?

Wang Shouyan apresentou os quatro estágios da interface cérebro-computador de 1.0 a 4.0 ao repórter do The Paper. 1.0 é a fase de leitura cerebral, ou seja, decodificação de informações cerebrais, como a interpretação da consciência interna do cérebro humano. 2.0 é a fase de escrita cerebral, que transmite informações externas para o interior do cérebro, como implantes cocleares e; estimulação elétrica cerebral; 3.0 é o estágio interativo, ou seja, o cérebro humano interage com máquinas, monitorando sinais cerebrais em tempo real e regulando com precisão as funções cerebrais. No futuro, poderemos atingir a fase de fusão cérebro-inteligência 4.0, conseguindo uma interacção inteligente entre a tomada de decisões, a emoção, a consciência e outras funções cognitivas cerebrais de nível superior com as máquinas e o ambiente num nível que vai além dos sinais cerebrais.

A equipe de Zhang Jiayi, pesquisador do Instituto Fudan de Ciência do Cérebro, concentra-se na pesquisa de fotorreceptores artificiais de nanofios para restaurar a função visual. Esta pesquisa é representativa do “estágio de escrita cerebral” da interface cérebro-computador 2.0.

Zhang Jiayi disse aos repórteres que, para pessoas cegas ou com baixa visão, cerca de 40% das doenças cegantes incuráveis ​​estão relacionadas à degeneração e apoptose dos fotorreceptores da retina. Devido a um problema de fotorrecepção, a retina não consegue produzir sinais fotorreceptores e a visão não pode ser formada no centro visual. Atualmente, sua equipe está usando retina artificial para analisar o mecanismo de codificação e decodificação de sinais visuais artificiais no centro visual, desenvolvendo assim caminhos técnicos que podem restaurar a visão artificial de alta resolução.

A equipe de Zhang Jiayi desenvolve retina artificial para restaurar a visão de pacientes completamente cegos "Universidade Fudan" Imagem da conta pública do WeChat

"No estágio inicial, usamos nanofios de óxido de titânio, um material optoeletrônico de eficiência relativamente alta, para resolver os dois principais problemas de eficiência de conversão fotoelétrica e estimulação seletiva para alcançar a função de retina artificial. No futuro, continuaremos a cooperar com a ciência dos materiais e as equipes clínicas para alcançar uma reconstrução da função visual de maior resolução e interação de informações cérebro-computador", disse Zhang Jiayi.

Qiu Yanqun, médico-chefe adjunto do Departamento de Cirurgia da Mão do Hospital Huashan, afiliado à Universidade Fudan, faz parte de uma equipe que se concentra na hemiplegia causada por acidente vascular cerebral, paralisia cerebral, etc., e se concentra na pesquisa de como usar a transferência médica de nervos para alcançar um lado do cérebro para controlar ambos os membros ao mesmo tempo, permitindo que o membro afetado obtenha melhor controle motor e ajude pacientes paralisados ​​a obter melhor coordenação mão-cérebro.

"A transposição cruzada dos sétimos nervos cervicais esquerdo e direito pode ajudar os pacientes a melhorar a capacidade de movimento dos membros em 20-30 pontos, mas os pacientes com bases deficientes ainda têm muito espaço para melhorias. Portanto, melhoramos na base original para permitir que o sétimo nervo cervical A combinação da interface cérebro-computador e da tecnologia de neuromodulação deverá alcançar um efeito 'aditivo'. Por exemplo, um novo exoesqueleto de interface cérebro-computador pode ler as intenções do cérebro a partir do braço e registrar, extrair e. purificar os sinais nervosos e musculares, complementados por exoesqueletos vestíveis e outros tipos de assistência, permitem que os pacientes obtenham movimentos mais flexíveis dos membros e até mesmo alcancem o nível de autocuidado "Qiu Yanqun disse que atualmente, o primeiro dispositivo protético biônico personalizado do mundo combinado com. a cirurgia de deslocamento cervical foi desenvolvida. Aplicação clínica preliminar.

"Cirurgia de transferência cruzada da raiz do sétimo nervo cervical direito e esquerdo". Imagem da conta pública WeChat da "Universidade Fudan"

Na opinião de Qiu Yanqun, como cirurgião, após ingressar no Centro de Pesquisa em Neuromodulação e Interface Cérebro-Computador da Universidade Fudan, ele ganhou melhores oportunidades para combinar medicina e engenharia "Começamos na clínica, conduzimos pesquisas de conhecimento básico e depois transferimos. para a clínica. Ajude a pesquisa científica a formar uma espiral.”

Como o diálogo interdisciplinar pode ser verdadeiramente eficaz?

De acordo com Wang Shouyan, o estabelecimento do Centro de Pesquisa em Neuromodulação e Interface Cérebro-Computador Fudan não aconteceu da noite para o dia. As ideias vêm surgindo quase desde 2017. Durante este período, muitos professores da Fudan se comprometeram com a exploração e o intercâmbio acadêmico. Este ano, a interface cérebro-computador entrou em um período de desenvolvimento abrangente e rápido, e o estabelecimento de um centro de pesquisa está em andamento. a tendência geral.

Depois que Song Enming, um jovem pesquisador do Instituto de Optoeletrônica da Universidade de Fudan, ingressar no Centro de Pesquisa de Regulação Neural e Interface Cérebro-Computador da Universidade de Fudan, ele continuará a se concentrar em sua pesquisa no campo de interfaces cérebro-computador flexíveis e invasivas , com o objetivo de alcançar avanços materiais do ponto de vista do hardware e superar as interfaces tradicionais cérebro-computador. A interface do computador enfrenta problemas como rigidez da forma do sistema e baixa relação sinal-ruído de amplificação do sinal.

"A tendência futura das interfaces cérebro-computador precisa melhorar a biocompatibilidade das interfaces cérebro-computador e também precisa se sobrepor à inteligência artificial, inteligência semelhante ao cérebro, neurocirurgia, etc.." transistores CMOS baseados em silício ativos em escala podem obter imagens de amplificação de EEG de alta densidade. No futuro, realizaremos ativamente a cooperação multidisciplinar com base na plataforma central.

Quando a passagem transfronteiriça se torna a norma na investigação científica, como derrubar os altos muros e barreiras entre as diferentes disciplinas e alcançar verdadeiramente um diálogo eficaz? Na opinião de Wang Shouyan, ser movido por interesses e atividades científicas comuns pode ser a chave para uma comunicação interdisciplinar conjunta e sem barreiras.

"Por exemplo, Fudan e Beijing Tiantan Hospital estão cooperando no tratamento de pacientes vegetativos com distúrbios de consciência. Como avaliar se o paciente está consciente? Isso requer o uso de sinais EEG para monitorar e regular o nível de consciência do paciente. Decodificação de sinal EEG e algoritmos de circuito fechado são neuroengenharia O que os pesquisadores são bons e como implantar eletrodos para resolver problemas clínicos é o que os médicos fazem. Se ambas as partes trabalharem juntas para focar no problema e manterem um alto grau de tolerância uma com a outra, elas. pode alcançar o efeito de 1+1>2", disse Wang Shouyan.