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(xì)絲的小小薄膜，綁住雙手的猴子就能僅用“意念”控制機(jī)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(guó)科學(xué)家自主研發(fā)的“北腦二號(hào)”，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)高性能侵入式腦機(jī)接口技術(shù)的空白，并在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)獼猴對(duì)二維運(yùn)動(dòng)光標(biāo)的靈巧腦控。

腦機(jī)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(jī)交互與人機(jī)混合智能的前沿技術(shù)。“簡(jiǎn)言之，就是捕捉大腦電信號(hào)的微妙變化，解碼大腦意圖，實(shí)現(xiàn)‘意念’控制‘動(dòng)作’，不動(dòng)手也能隔空操控機(jī)器。”北京腦科學(xué)與類腦研究所所長(zhǎng)羅敏敏說(shuō)。

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

“北腦二號(hào)”的高性能，歸功于我國(guó)自研的3個(gè)核心組件：高通量柔性微絲電極、千通道高速神經(jīng)電信號(hào)采集設(shè)備兩個(gè)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(dāng)于一個(gè)“傳感器”。植入腦內(nèi)，“讀取”腦電信號(hào)，其性能決定著捕捉腦信號(hào)的數(shù)量與質(zhì)量。

北京芯智達(dá)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(hào)”采用的柔性材料生物相容性高、無(wú)細(xì)胞毒性，能在電極絲上做出大量觸點(diǎn)，通道數(shù)高，信號(hào)捕捉能力強(qiáng)。

這是一片晶圓，上面整齊排布有兩列共計(jì)數(shù)十個(gè)電極。（圖片來(lái)源：新華社 張漫子 攝）

近距離觀察，這個(gè)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(diǎn)，需在顯微鏡下才能看清。這一設(shè)計(jì)能極大降低對(duì)腦組織的損害，延長(zhǎng)捕捉腦電信號(hào)的時(shí)間。

“它的有效通道數(shù)、長(zhǎng)期穩(wěn)定性，均達(dá)國(guó)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(hào)。”李園說(shuō)。

算法，相當(dāng)于一個(gè)“翻譯官”，把大腦意圖精準(zhǔn)解析出來(lái)。“北腦二號(hào)”應(yīng)用的算法是國(guó)內(nèi)自研，能在大腦皮層神經(jīng)活動(dòng)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間建立精確映射。

“腦機(jī)接口比拼的是安全、穩(wěn)定、有效，這是一個(gè)系統(tǒng)性工程。”羅敏敏說(shuō)，腦機(jī)接口鏈路長(zhǎng)，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(jìn)一步突破。

圖片來(lái)源：央視新聞 （圖文無(wú)關(guān)）

據(jù)央視新聞，4月23日，浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)漢字書(shū)寫(xiě)腦機(jī)接口，成功實(shí)現(xiàn)了侵入式腦機(jī)接口控制機(jī)械臂書(shū)寫(xiě)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(guó)外團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了英文字母的書(shū)寫(xiě)，但是漢字與英文相比，難度更大。 “漢字的書(shū)寫(xiě)在偏旁、部首、筆順等方面有很多講究，甚至筆畫(huà)長(zhǎng)一點(diǎn)或是短一點(diǎn)，也有可能完全是兩個(gè)字，而且國(guó)外也不會(huì)有團(tuán)隊(duì)研究漢字，我們沒(méi)有參照，所以此次對(duì)于漢字的成功解碼是非常重要的一環(huán)，也是腦機(jī)接口研究的一個(gè)非常關(guān)鍵的突破。”張建民說(shuō)。

目前，浙江大學(xué)腦機(jī)接口團(tuán)隊(duì)突破了漢字書(shū)寫(xiě)的特殊編碼機(jī)制，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了漢字書(shū)寫(xiě)軌跡解碼新技術(shù)，在離線狀態(tài)下100個(gè)常用漢字的分類正確率達(dá)到了91.3%，在語(yǔ)言模型輔助下，正確率可提高至96.2%。

另?yè)?jù)央視新聞此前消息，在患者聚精會(huì)神注視下，一個(gè)紅色小球向著屏幕另一端的藍(lán)色小球緩慢移動(dòng)、接近、重合——這不是科幻電影中的場(chǎng)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(tuán)隊(duì)聯(lián)合清華大學(xué)洪波教授團(tuán)隊(duì)，利用微創(chuàng)腦機(jī)接口技術(shù)首次成功幫助高位截癱患者實(shí)現(xiàn)意念控制光標(biāo)移動(dòng)，這意味著我國(guó)在腦機(jī)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(tuán)隊(duì)為患者成功實(shí)施微創(chuàng)無(wú)線腦機(jī)接口植入手術(shù)，將微型腦機(jī)接口處理器植入患者顱骨中，并成功采集到腦膜外的感覺(jué)運(yùn)動(dòng)腦區(qū)神經(jīng)信號(hào)。術(shù)后第10天患者順利出院。

賈旺介紹，患者居家后，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)遠(yuǎn)程指導(dǎo)，對(duì)其進(jìn)行無(wú)線腦機(jī)接口輔助康復(fù)訓(xùn)練。系統(tǒng)通過(guò)體外機(jī)隔著患者頭皮為體內(nèi)機(jī)無(wú)線供電，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)電生理數(shù)據(jù)傳輸，并把腦電信號(hào)翻譯成外部設(shè)備的控制指令。經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月康復(fù)訓(xùn)練，患者不但可通過(guò)意念活動(dòng)驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)手套抓握水瓶，還可控制電腦屏幕上的光標(biāo)移動(dòng)。

“紅球‘追’上藍(lán)球，看似簡(jiǎn)單的動(dòng)作意味著患者與科技電子產(chǎn)品通過(guò)腦機(jī)接口實(shí)現(xiàn)交互。”賈旺說(shuō)，能實(shí)現(xiàn)這樣的功能，得益于電極的精準(zhǔn)定位植入以及神經(jīng)電生理信號(hào)的高效傳輸和準(zhǔn)確解碼。

洪波介紹，目前團(tuán)隊(duì)正不斷優(yōu)化腦機(jī)接口解碼算法，計(jì)劃幫助患者實(shí)現(xiàn)通過(guò)意念活動(dòng)控制電子書(shū)翻頁(yè)、光標(biāo)點(diǎn)擊確認(rèn)等，增強(qiáng)患者與電子設(shè)備的交互能力。“微創(chuàng)無(wú)線腦機(jī)接口的成功植入及意念控制光標(biāo)的實(shí)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(huì)帶來(lái)新的希望。”

事實(shí)上，在腦機(jī)接口技術(shù)不斷發(fā)展和應(yīng)用的同時(shí)，很多國(guó)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(guó)首部《腦機(jī)接口研究倫理指引》，明確腦機(jī)接口研究應(yīng)適度且無(wú)傷害，研究的根本目的是輔助、增強(qiáng)、修復(fù)人體的感覺(jué)－運(yùn)動(dòng)功能或提升人機(jī)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(xiǎn)的情況下，不應(yīng)貿(mào)然開(kāi)展相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，最小化對(duì)人類造成的負(fù)面影響。余山認(rèn)為，腦機(jī)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(jì)新聞綜合新華社、央視新聞

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