腦機接口技術(shù)新突破！我國科學(xué)家自主研發(fā)，首次實現(xiàn)......

每經(jīng)編輯 杜宇

據(jù)新華社4月26日消息，顱內(nèi)植入一片牽著柔軟細絲的小小薄膜，綁住雙手的猴子就能僅用“意念”控制機械臂，抓住“草莓”。這是4月25日亮相2024中關(guān)村論壇的一幕。我國科學(xué)家自主研發(fā)的“北腦二號”，填補了國內(nèi)高性能侵入式腦機接口技術(shù)的空白，并在國際上首次實現(xiàn)獼猴對二維運動光標的靈巧腦控。

腦機接口，大腦與外界設(shè)備溝通交流的“信息高速公路”，是新一代人機交互與人機混合智能的前沿技術(shù)。“簡言之，就是捕捉大腦電信號的微妙變化，解碼大腦意圖，實現(xiàn)‘意念’控制‘動作’，不動手也能隔空操控機器。”北京腦科學(xué)與類腦研究所所長羅敏敏說。

圖片來源：視覺中國

腦機接口的性能，核心在于腦電信號捕捉的清晰度、轉(zhuǎn)化的精準度。前者靠電極，后者靠算法。

“北腦二號”的高性能，歸功于我國自研的3個核心組件：高通量柔性微絲電極、千通道高速神經(jīng)電信號采集設(shè)備兩個硬件，以及基于前饋控制策略的生成式神經(jīng)解碼算法。

電極，相當于一個“傳感器”。植入腦內(nèi)，“讀取”腦電信號，其性能決定著捕捉腦信號的數(shù)量與質(zhì)量。

北京芯智達神經(jīng)技術(shù)有限公司業(yè)務(wù)發(fā)展總監(jiān)李園介紹，“北腦二號”采用的柔性材料生物相容性高、無細胞毒性，能在電極絲上做出大量觸點，通道數(shù)高，信號捕捉能力強。

這是一片晶圓，上面整齊排布有兩列共計數(shù)十個電極。（圖片來源：新華社 張漫子 攝）

近距離觀察，這個電極又小又薄，牽出的電極絲直徑只有頭發(fā)絲的十分之一到百分之一，絲上布滿大量觸點，需在顯微鏡下才能看清。這一設(shè)計能極大降低對腦組織的損害，延長捕捉腦電信號的時間。

“它的有效通道數(shù)、長期穩(wěn)定性，均達國際領(lǐng)先水平。不同于硬質(zhì)電極，柔性微絲電極植入獼猴腦內(nèi)一年后，仍能精確采集到腦電信號。”李園說。

算法，相當于一個“翻譯官”，把大腦意圖精準解析出來。“北腦二號”應(yīng)用的算法是國內(nèi)自研，能在大腦皮層神經(jīng)活動與運動參數(shù)之間建立精確映射。

“腦機接口比拼的是安全、穩(wěn)定、有效，這是一個系統(tǒng)性工程。”羅敏敏說，腦機接口鏈路長，涉及電極、芯片、算法、軟件、材料等多環(huán)節(jié)，關(guān)鍵技術(shù)有待進一步突破。

圖片來源：央視新聞 （圖文無關(guān)）

據(jù)央視新聞，4月23日，浙江大學(xué)腦機接口團隊的最新研究成果在浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院發(fā)布。據(jù)了解，其最新研究首次實現(xiàn)漢字書寫腦機接口，成功實現(xiàn)了侵入式腦機接口控制機械臂書寫漢字。 據(jù)浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院神經(jīng)外科主任醫(yī)師張建民介紹，此前已有國外團隊實現(xiàn)了英文字母的書寫，但是漢字與英文相比，難度更大。 “漢字的書寫在偏旁、部首、筆順等方面有很多講究，甚至筆畫長一點或是短一點，也有可能完全是兩個字，而且國外也不會有團隊研究漢字，我們沒有參照，所以此次對于漢字的成功解碼是非常重要的一環(huán)，也是腦機接口研究的一個非常關(guān)鍵的突破。”張建民說。

目前，浙江大學(xué)腦機接口團隊突破了漢字書寫的特殊編碼機制，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了漢字書寫軌跡解碼新技術(shù)，在離線狀態(tài)下100個常用漢字的分類正確率達到了91.3%，在語言模型輔助下，正確率可提高至96.2%。

另據(jù)央視新聞此前消息，在患者聚精會神注視下，一個紅色小球向著屏幕另一端的藍色小球緩慢移動、接近、重合——這不是科幻電影中的場面。首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)外科賈旺教授團隊聯(lián)合清華大學(xué)洪波教授團隊，利用微創(chuàng)腦機接口技術(shù)首次成功幫助高位截癱患者實現(xiàn)意念控制光標移動，這意味著我國在腦機接口領(lǐng)域取得新突破。

患者是一名35歲的青年男性，5年前因意外事故導(dǎo)致頸椎高位截癱，完全失去自理能力。去年12月19日，由賈旺團隊為患者成功實施微創(chuàng)無線腦機接口植入手術(shù)，將微型腦機接口處理器植入患者顱骨中，并成功采集到腦膜外的感覺運動腦區(qū)神經(jīng)信號。術(shù)后第10天患者順利出院。

賈旺介紹，患者居家后，研究團隊通過遠程指導(dǎo)，對其進行無線腦機接口輔助康復(fù)訓(xùn)練。系統(tǒng)通過體外機隔著患者頭皮為體內(nèi)機無線供電，實現(xiàn)神經(jīng)電生理數(shù)據(jù)傳輸，并把腦電信號翻譯成外部設(shè)備的控制指令。經(jīng)過近兩個月康復(fù)訓(xùn)練，患者不但可通過意念活動驅(qū)動氣動手套抓握水瓶，還可控制電腦屏幕上的光標移動。

“紅球‘追’上藍球，看似簡單的動作意味著患者與科技電子產(chǎn)品通過腦機接口實現(xiàn)交互。”賈旺說，能實現(xiàn)這樣的功能，得益于電極的精準定位植入以及神經(jīng)電生理信號的高效傳輸和準確解碼。

洪波介紹，目前團隊正不斷優(yōu)化腦機接口解碼算法，計劃幫助患者實現(xiàn)通過意念活動控制電子書翻頁、光標點擊確認等，增強患者與電子設(shè)備的交互能力。“微創(chuàng)無線腦機接口的成功植入及意念控制光標的實現(xiàn)，有望為高位截癱、肌萎縮側(cè)索硬化等神經(jīng)功能障礙患者提供全新的康復(fù)治療方向，為患者恢復(fù)生理功能、回歸社會帶來新的希望。”

事實上，在腦機接口技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的同時，很多國家也在加緊制定相關(guān)的管理措施。此前，科技部便公布了我國首部《腦機接口研究倫理指引》，明確腦機接口研究應(yīng)適度且無傷害，研究的根本目的是輔助、增強、修復(fù)人體的感覺－運動功能或提升人機交互能力，提升人類健康和福祉；在尚未妥善處理各種風(fēng)險的情況下，不應(yīng)貿(mào)然開展相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，最小化對人類造成的負面影響。余山認為，腦機接口技術(shù)在合理規(guī)范管理之下，將有廣闊的應(yīng)用前景。

每日經(jīng)濟新聞綜合新華社、央視新聞

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